Výskum za pomoci EEG odhalil, že aktivita mozgu počas spánku sa prezentuje dvoma základnými typmi činnosti: synchronizovaná činnosť (neuróny pôsobia súhlasne) a desynchronizovaná činnosť (neuróny pôsobia nesúhlasne).
Desynchronizovaná činnosť znamená, že signály generované neurónmi vyzerajú ako náhodné. Tento typ spánku sa vyskytuje aj vtedy, keď vieme, že sa blíži perióda snívania. Neuróny predvádzajú desynchronizovanú činnosť aj v stave bdelosti, aj keď logicky by sa zdalo, že keď sme hore a náš mozog je v činnosti, neuróny by mali prejavovať synchronizovanú činnosť. Paradox desynchronizovanej neurónovej činnosti prítomnej v stave bdelosti i počas snívania sa vysvetľuje zistením, že synchrónia v bdelom stave, ale aj počas snívania sa neprenáša nevyhnutne na bunkovú úroveň správania neurónov. Synchronizovaná činnosť sa prejavuje iba počas spánku. V priebehu synchronizovaného spánku všetky neuróny mozgu začnú spolupôsobiť vo vzájomnom súlade. Neuróny prejavujú s časom sa meniace stupne synchronizovanej činnosti. Preto sa v určitých momentoch noci ukazuje, že takmer všetky neuróny mozgu pôsobia súčasne, v iných momentoch je zasa zrejmé, že pôsobenie, hoci stále synchronizované, sa nejaví ako synchronizované. Toto dokazuje, že mozog sa hlboko do synchronizovaného stavu presúva veľmi pozvoľna, aby po dosiahnutí najvyššieho súladu z tohto stavu jemne vycúval. Rôzne stavy synchrónie neurónov počas spánku znamenajú existenciu spánkových štádií. Pri výskume spánku sa podarilo identifikovať 4 rôzne typy synchronizovanej činnosti (štádiá spánku):
Prvé štádium, na hornom konci spektra, ukazuje ľahkú synchronizovanú činnosť = ľahké štádium spánku. Nastáva skoro po tom, čo subjekt stráca v spánku vedomie.
Štvrté štádium spánku predstavuje fázu najvyššej synchronizácie, ktorá znamená veľmi hlboký spánok. Štádiá spánku sú usporiadané, takže existuje istá vzorka spánkových štádií, ktorá sa po každých 90 minútach pravidelne opakuje. Keď zaspíme prvý raz, dostaneme sa do prvého štádia, ktoré je typické veľmi krátkym prechodom k nasledujúcim štádiám spánku. Prvé štádium je významné tým, že ukazuje na začiatok strácania vedomia subjektu alebo stratu schopnosti byť si vedomý svojich zážitkov.