Τα στάδια του ύπνου μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες: ύπνος non-REM και ύπνος REM (Rapid Eye Movement). Ο ύπνος μη REM μπορεί περαιτέρω να αναλυθεί σε Στάδιο N1, N2 και N3. Ο τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες του ύπνου χωρίζουν τον ύπνο σε στάδια έχει αλλάξει αρκετές φορές από τότε που ξεκίνησε η κατηγοριοποίηση των σταδίων ύπνου στα τέλη της δεκαετίας του 1930. Τα στάδια περιγράφηκαν για πρώτη φορά το 1937 από τους Loomis et al, και στη συνέχεια ενημερώθηκαν το 1957 με την ανακάλυψη του Rapid Eye Movement, της βαθύτερης περιόδου ύπνου, όπου συμβαίνουν σχεδόν όλα τα αξέχαστα όνειρα. Μια ενημέρωση το 2007, που παρουσιάστηκε στο Εγχειρίδιο AASM για τη βαθμολόγηση του ύπνου και των σχετικών συμβάντων, που δημοσιεύτηκε από την Αμερικανική Ακαδημία Ιατρικής Ύπνου (AASM), συνδύασε το τρίτο και το τέταρτο στάδιο του ύπνου, αφήνοντας μόνο ένα τρίτο στάδιο.
Τα στάδια του ύπνου ταξινομούνται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μέσων, συμπεριλαμβανομένης της μέτρησης των κυμάτων ΗΕΓ (κοινώς γνωστά ως «εγκεφαλικά κύματα»), φυσιολογικών δεικτών και υποκειμενικών αναφορών. Το N1 ορίζεται ως επί το πλείστον ως η μετάβαση του εγκεφάλου από τα κύματα άλφα (με συχνότητα 8 έως 13 Hz, συνηθισμένη για τους ξύπνιους ανθρώπους) στα κύματα θήτα (με συχνότητα 4 έως 7 Hz). Το N1 βρίσκεται στο όριο μεταξύ ύπνου και εγρήγορσης, γνωστό ως «νυσταγμένος ύπνος» ή υπνηλία. Κοινά σε αυτό το στάδιο είναι σύντομες, ακούσιες συσπάσεις γνωστές ως υπνικά τραντάγματα, καθώς και υπναγωγικές εικόνες, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν φωσφένια (ασαφείς πολύχρωμες κηλίδες) ή να σχηματίζουν σταθερές (διανοητικές εικόνες με μοτίβο).
Το δεύτερο από τα στάδια του ύπνου είναι το Ν2. Τα χαρακτηριστικά σημάδια του ύπνου N2 είναι «άτρακτοι ύπνου», άλματα EEG 0.5-1 δευτερολέπτου κυμάτων 12-16 Hz και «συμπλέγματα K», σύντομες αιχμές τάσης στο ΗΕΓ που διαρκούν για παρόμοιο χρονικό διάστημα και ακολουθούν τους άξονες ύπνου. σε εκρήξεις. Τα συμπλέγματα Κ είναι γνωστό ότι εμφανίζονται τυχαία κατά τη διάρκεια του ύπνου N2, αλλά εμφανίζονται επίσης ως απόκριση σε ακουστικά ερεθίσματα, για παράδειγμα εάν κάποιος χτυπήσει την πόρτα ενός ατόμου που κοιμάται. Κατά τη διάρκεια του N2, η συνειδητή επίγνωση του εξωτερικού περιβάλλοντος εξαφανίζεται και οι μύες χαλαρώνουν. Το N2 αποτελεί περίπου το ήμισυ του χρόνου ύπνου στους ενήλικες.
Το τρίτο από τα στάδια του ύπνου είναι το N3, ή ύπνος αργών κυμάτων (SWS). Ο ύπνος αργών κυμάτων χαρακτηρίζεται από κύματα δέλτα, (0.5 έως 4 Hz), που ονομάζονται επίσης ρυθμοί δέλτα. Οι ασυνήθιστες επιπτώσεις του ύπνου, που ονομάζονται παραϋπνίες, εμφανίζονται σε αυτό το στάδιο και περιλαμβάνουν νυχτερινούς τρόμους, ενούρηση, υπνοβασία και υπνομιλία. Εάν στερηθεί ύπνου, ένα άτομο πέφτει στον ύπνο N3 και REM πολύ γρήγορα, γεγονός που υποδηλώνει ότι και τα δύο είναι απαραίτητα.
Το τελευταίο στάδιο του ύπνου, που επίσημα θεωρείται μέρος του Ν3, είναι το πιο διάσημο στάδιο του ύπνου, γνωστό ως ύπνος REM. Ο ύπνος REM είναι το σημείο όπου εμφανίζονται τα όνειρα και τα μάτια μετακινούνται γρήγορα, παρακολουθώντας πιθανώς αντικείμενα ονείρου. Τα περισσότερα όνειρα ξεχνιούνται, ακόμη και κατά τη διάρκεια του REM, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι τουλάχιστον αόριστα, αν όχι έντονα, θυμούνται την παρουσία των ονείρων κατά τη διάρκεια του ύπνου REM.