神经递质，食欲素和γ-氨基丁酸，可以增进清醒状态，抑制异相睡眠，在深度睡眠期间它的量会减少。和脑电活动骤然变化的模式不同，脑中的化学活动表现为连续的周期性摆动。
脑干的活动.REM睡眠中的神经活动似乎都是源于脑干，特别是和蓝斑核。根据和于1975-1977年提出的，脑干中存在着控制REM睡眠的神经元通路“REM开启”和“REM关闭”。REM开启神经元是胆碱能神经元（也就是以乙酰胆碱为递质的神经元），而REM关闭神经元会活化血清素与去甲肾上腺素，可以从其他方面抑制REM睡眠。麦卡