尽管谁都要睡眠，但很明显，谁也不能从自己的体验中得到大量的睡眠知识。在这一领域里，正是由于科学研究方法的诞生，特别是脑电图（EEG）的发明，便使得关于睡眠与梦的知识爆炸性地增长。在做脑电图记录时，要将电极置于头皮上，测量脑的电活动变化。德门特和克莱曼（1957）通过记录脑电图而分别出睡眠的四个不同阶段。在第1期睡眠中，脑电图呈现高频、低幅的波形，与清醒休息状态（0期）的波形相近，只是较不规则。在这期睡眠中，人们正在打瞌睡。而且若从这期睡眠中醒来，人们甚至否认正在瞌睡。
第III期睡眠的脑电图以大而低的波形为其特征，偶尔见有短时的、有节律的低频波（称为“棱形”波）。
第II期睡眠较第I或睡眠为深。第III期睡眠又较第II期睡眠为深。在这一期睡眠中，脑电图的波形更不规则，其间也有梭形波，只是其波幅较高；偶尔也可能出现大而慢的波形。
第IV期是最深度的睡眠，在脑电图上以大而慢的波（6彼）为其特征。此外还有眼快动（REM）期睡眠，这时人们正在做梦。在一夜的睡眠中，人们平均要经历5段眼快动睡眠，每段间隔大约90分钟。眼快动睡眠穿插在一夜睡眠的各期之间。
被催眠者脑电图的波形与睡眠者脑电图的II、III期波形和IV期的波形好像有很大差别（埃文斯，1982）。例如在催眠过程中几乎没有IV期6波的迹象出现。彻脱克和克拉乌兹（1959）讨论过I期睡眠与催眠在脑电波上的相似性。这种相似当然部分是由于催眠师暗示受术者感到瞌睡，正在闭上自己的眼睛，甚至题上 1—2秒钟。或者正如埃文斯（1979，1982）指出，它是由脑电图记录的不敏感性所致；催眠与睡眠的脑电活动本来可能存在差异，但这种差异为脑电记录时的过多干扰所掩盖。可以预料，如果为受术者施加“觉醒”诱导，而不是相反的“睡眠”诱导，那么其脑电波将有很大差异。（班亚，梅扎罗斯、格雷古斯，1981）
为什么催眠曾被视为是与睡眠相同的状态，这一点是很清楚的。在别人看来，正在睡眠的人与经过“睡眠”诱导催眠了的人在表现上报相似；二者显然都可产生不随意活动，如生动的做梦。睡眠与催眠的另一个可能的相似之处在于，有人（埃文斯，1977）发现受术者在接受哈佛集体催眠易感性量表A表的测试时的得分与他们的夜间入睡能力有关。埃文斯（1982）认为，这种相关可能是因为人体内存在一种控制意识水平或意识状态的机制；而该机制无论在人们进入催眠还是进入睡眠时都发挥作用。除了上述相似之处以外，人们一般认为睡眠与催眠是大不一样的两种状态。