Наиболее отчетливым проявлением нормального сна является подавление рефлекторной деятельности. Условные рефлексы при этом практически отсутствуют, а безусловные рефлексы значительно снижены. Сильно снижается чувствительность кожных, обонятельных, вкусовых, зрительных и слуховых рецепторов. Однако ослабление анализаторской деятельности не приводит к полному подавлению корковой активности. Все импульсы, получаемые человеком во время сна в результате внешних (и внутренних) раздражителей достигают коры головного мозга, но характер активности корковых клеток в этот период таков, что воспринимается и запечатлевается лишь незначительная часть входящей информации. Та информация и те ощущения, которые были получены во время бодрствования в результате контакта с реальной действительностью, во время сна анализируются, уточняются, синтезируются, образуют различные комбинации, порой самые неожиданные (что выражается в виде сновидений). Мозг во время сна освобожден от огромного притока внешней информации. Он попадает в идеальные условия для переработки информации, «додумывает» дневные проблемы. Даже ночью мозг активно трудится, только работают, как правило, те его отделы, которые не функционируют днем. Если дневная активность человека — это возбуждение активирующих мозговых структур, то ночной сон — это возбуждение тормозных мозговых структур. Как ни странно это может показаться на первый взгляд, сон — это тоже возбуждение, но возбуждение тех мозговых структур, которые не работают днем.
Во время сна сильно расслабляется скелетная мускулатура, что является необходимым условием для полноценного отдыха. Гладкая же мускулатура (сосуды, бронхи, сфинктеры внутренних органов), напротив, находится в состоянии повышенного тонуса. Частота дыхания и сердцебиения заметно уряжается, но глубина дыхания увеличивается, что говорит о более активной ночной деятельности некоторых органов и структур. Температура тела несколько снижается, интенсивность основного обмена понижается на 10–15 %, что говорит о большей экономичности работы организма. Значительно замедляются катаболические процессы. В крови снижается уровень сахара и билирубина.
Засыпание и пробуждения не происходят одномоментно. Существует переходный период, который называют фазовым состоянием. При переходе от бодрствования ко сну и при пробуждении иногда (а практически всегда) и возникают фазовые состояния. Во время фазовых состояний возникают очень специфические изменения рефлекторной деятельности. Так, например, если при нормальном бодрствовании более сильные раздражители вызывают более сильные ответные реакции, чем слабые, то при фазовых состояниях по мере засыпания происходят следующие изменения: I фаза — уравнительная. Она характеризуется одинаковой величиной (уравниванием) условно-рефлекторных реакций организма в ответ на внешнее воздействие. Организм отвечает одинаково как на слабые, так и на сильные раздражители. II фаза — парадоксальная. В этой фазе величина рефлексов на сильные раздражители большая, чем на слабые. III фаза — ультрапарадоксальная. Она наблюдается реже, чем другие фазы, и заключается в том, что реакция возникает на те раздражители, на которые в обычном бодрствующем состоянии она никогда не возникает. И, наоборот, может не возникать реакция на очень сильные раздражители. В этой фазе реакция на слабые раздражители может быть сильнее, а реакция на сильные раздражители слабее. После этих трех фаз наступает IV фаза — фаза торможения, при которой условно-рефлекторная деятельность отсутствует, что и соответствует развитию сна. При пробуждении эти фазы протекают в обратном порядке. Вначале идет IV фаза торможения, затем III ультрапарадоксальная фаза. Потом II парадоксальная фаза, I уравнительная, и наступает бодрствование.