Neuroprzekaźniki i sen są ze sobą powiązane, ponieważ neuroprzekaźniki są odpowiedzialne za większość modulacji aktywności mózgu; cykl snu w jednym zjawisku biologicznym, które, jak wykazano, jest głęboko dotknięte modulacją neuroprzekaźników. Uwalnianie pewnych neuroprzekaźników i funkcja cyklu snu tworzą kontinuum, w którym wszystkie etapy snu, takie jak etap, w którym osoba po raz pierwszy przestaje reagować na bodźce i etap, w którym doświadcza się snów, mogą mieć miejsce w luźno z góry określonym czasie lub fazie aktywność mózgu. Niektóre neuroprzekaźniki, takie jak kwas gamma-aminomasłowy (GABA), są klasycznie uważane za ułatwiające zasypianie, podczas gdy inne, jak norepinefryna (NE), wykazują zdolność ułatwiania pobudzenia. Niektóre przekaźniki, takie jak acetylocholina (Ach), odgrywają ważną rolę podczas obu faz świadomości. Najnowocześniejsze badania nad snem sugerują, że inne neuroprzekaźniki mogą pełnić nieznane wcześniej i różne funkcje, takie jak Ach, w całym kontinuum fazy snu.
Neuroprzekaźniki pobudzające, takie jak NE, serotonina (5-HT) i histamina, są uwalniane z odpowiednich neuronów podczas czuwania. Te neuroprzekaźniki są uwalniane z wielu obszarów mózgu, takich jak locus ceruleus oraz tylny i przedni podwzgórze. Rola neuroprzekaźników i inicjacja snu zaczyna się, gdy supresja GABA i innego hamującego neuroprzekaźnika, galaniny, uwalnianych z brzusznego bocznego jądra przedwzrokowego (VLPO), zostaje odwołana. W tym momencie modulacja aktywności mózgu kieruje się ku relaksacji i utracie skupienia zamiast poznania i koncentracji. Ta zmiana tempa inicjuje uwalnianie z szyszynki innych substancji sprzyjających zasypianiu, takich jak melatonina, a adenozyna, która powoduje sen, jest produktem ubocznym, który zaczyna gromadzić się w przodomózgowiu.
Te hamujące neuroprzekaźniki i sygnały snu z VLPO w postaci różnych przekaźników chemicznych i hormonalnych gromadzą się i zaczynają łatwo przyłączać się w dowolnych miejscach otwartych receptorów, rozpoczynając biologiczną kaskadę, która prowadzi do spoczynku poznawczego i fizycznego. Wydaje się, że adenozyna odgrywa główną rolę w tym, kiedy mózg faktycznie „przełącza się” z jednego stanu w inny. Jak wspomniano, substancja chemiczna jest naturalnym produktem ubocznym działania metabolicznego i jest wytwarzana podczas stanu czuwania podczas ruchu, mówienia i jedzenia. Ciało staje się zmęczone, ponieważ podczas wykonywania ruchów bezsennych adenozyna gromadzi się i zaczyna przewyższać pragnienia na jawie dzięki swoim właściwościom indukującym sen. Ludzie, którzy przypadkowo „przysypiają” lub nie mogą zasnąć, często mają nadmiar akumulacji adenozyny.
Po całkowitym zrelaksowaniu się osoby neuroprzekaźniki i sygnały snu nadal usypiają aktywność mózgu. GABA, galanina i inne relaksujące substancje chemiczne są stale produkowane, aby utrzymać ciało i mózg w stanie uśpienia. W tym czasie inne odpady nagromadzone podczas cyklu czuwania mogą być transportowane i usuwane z mózgu, wywołując uczucie odświeżenia i dobrego samopoczucia po przebudzeniu. Szybki ruch gałek ocznych lub REM, etap snu, w którym osoba śni, jest ułatwiony przez uwolnienie niewielkich ilości neuroprzekaźników pobudzających. Wzrost tych neuroprzekaźników i zanik sygnału snu ostatecznie budzi osobę i cykl zaczyna się od nowa.