Nell'uomo sono descritti tre stati di vigilanza: la veglia, il sonno lento e il sonno paradosso. Sono caratterizzati da un'attività cerebrale specifica, che sottintende un particolare stato di percezione, di consapevolezza e di reattività e associata a funzioni che le sono proprie. Molti sistemi ampiamente diffusi, ma ampiamente situati a livello del tronco encefalico e dell'ipotalamo, sono implicati in modo differenziale nell'instaurazione e/o nel mantenimento di ogni stato di vigilanza e spiegano la fenomenologia associata a questi stati. Questi sistemi interagiscono tra di loro e modulano direttamente o indirettamente l'attività corticale. Sono soggetti a due principali processi regolatori: il fattore omeostatico (processo cumulativo che riflette la nozione di pressione di sonno e che è legato all'attività neuronale durante la veglia) e il processo circadiano (dipendente dal principale orologio biologico situato nel nucleo soprachiasmatico e che permette la sincronizzazione del ritmo veglia/sonno su un periodo di 24 ore secondo l'alternanza luce/oscurità). L'organizzazione policiclica di una notte di sonno testimonia altri processi regolatori ultradiani che regolano l'alternanza sonno lento/sonno paradosso. Il bisogno di sonno e il cronotipo di un individuo dipendono da fattori genetici e comportamentali. Inoltre, il sonno evolve qualitativamente e quantitativamente durante l'ontogenesi, dalla nascita alla vecchiaia. Le funzioni del sonno sono molteplici e interessano il metabolismo globale e cerebrale, la crescita, la maturazione cerebrale, la produzione di vari ormoni, il sistema immunitario e le funzioni cognitive, in particolare il consolidamento mnesico e i processi di regolazione emotiva.