Ο καρδιακός ρυθμός ύπνου θα πρέπει γενικά να είναι κάπως χαμηλότερος από τον κανονικό καρδιακό ρυθμό ηρεμίας όταν είναι ξύπνιος, επειδή το σώμα συνήθως χαλαρώνει πολύ βαθιά κατά τη διάρκεια του ύπνου. Καθώς ένα άτομο αρχίζει να αποκοιμιέται, ο καρδιακός ρυθμός αρχίζει να επιβραδύνεται και οι μελέτες υποδεικνύουν ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να ξεκινήσει μόλις ένα άτομο καταλάβει ότι προετοιμάζεται για ύπνο. Καθώς το σώμα χαλαρώνει σε κατάσταση βαθύ ύπνου, η κεντρική θερμοκρασία του σώματος μπορεί να μειωθεί και ο μεταβολισμός συνήθως επιβραδύνεται, εκτός από τον καρδιακό ρυθμό. Το επίπεδο φυσικής κατάστασης, η ηλικία και τα πρόσφατα επίπεδα στρες μπορούν όλα να επηρεάσουν τον καρδιακό ρυθμό ύπνου. Οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν, ωστόσο, ότι ο φυσιολογικός καρδιακός ρυθμός κατά τη διάρκεια του ύπνου θα πρέπει να είναι οκτώ έως δέκα τοις εκατό χαμηλότερος από τον κανονικό καρδιακό ρυθμό ηρεμίας ενώ είστε ξύπνιος. Ένας καρδιακός ρυθμός στον ύπνο που δεν είναι τουλάχιστον οκτώ τοις εκατό χαμηλότερος από τον κανονικό καρδιακό ρυθμό ηρεμίας ενώ είστε ξύπνιος, θα μπορούσε να είναι σημάδι κινδύνου.
Υπάρχουν τουλάχιστον πέντε στάδια ύπνου και ο καρδιακός ρυθμός ύπνου μπορεί να ποικίλλει σε καθένα από τα στάδια ύπνου. Τα πρώτα τέσσερα στάδια του ύπνου, που γενικά κατηγοριοποιούνται ως στάδια ύπνου ένα έως τέσσερα, συμβαίνουν καθώς το σώμα χαλαρώνει όλο και πιο βαθιά. Αυτή η διαδικασία φυσιολογικής χαλάρωσης αντιπροσωπεύει περίπου το 80 τοις εκατό του χρόνου ύπνου των περισσότερων ανθρώπων. Ο καρδιακός ρυθμός συνήθως αρχίζει να επιβραδύνεται καθώς εισέρχεται στο πρώτο στάδιο του ύπνου και επιβραδύνεται περισσότερο καθώς το σώμα χαλαρώνει περαιτέρω.
Ο καρδιακός ρυθμός μπορεί συχνά να ποικίλλει ευρέως κατά τη διάρκεια του ύπνου REM, το πέμπτο στάδιο του ύπνου κατά το οποίο συνήθως εμφανίζονται τα όνειρα. Η γρήγορη κίνηση των ματιών (REM), ο ύπνος, ονομάζεται έτσι επειδή οι κινήσεις των ματιών του ατόμου που κοιμάται είναι συνήθως ορατές σε οποιονδήποτε παρατηρητή. Οι φυσιολογικές καταστάσεις μπορεί να ποικίλλουν ευρέως κατά τη διάρκεια του ύπνου REM, πιθανώς ανάλογα με τις συναισθηματικές αντιδράσεις του ατόμου που κοιμάται στα όνειρά του. Ο καρδιακός ρυθμός μπορεί να αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια του ύπνου REM και μπορεί ακόμη και να υπερβεί τον κανονικό καρδιακό ρυθμό ηρεμίας ενώ είστε ξύπνιος. Οι αναπνευστικοί ρυθμοί μπορεί επίσης να αυξηθούν και μπορεί να εμφανιστούν άλλες φυσιολογικές λειτουργίες, όπως η εφίδρωση.
Ορισμένα στοιχεία δείχνουν ότι ο καρδιακός ρυθμός κατά τη διάρκεια του ύπνου μπορεί να είναι μια καλή ένδειξη πιθανής θνησιμότητας κατά τα επόμενα επτά χρόνια της ζωής του ατόμου που κοιμάται. Μια ισραηλινή μελέτη δείχνει ότι οι άνθρωποι που δεν παρουσιάζουν τουλάχιστον οκτώ έως δέκα τοις εκατό μείωση του καρδιακού ρυθμού ενώ κοιμούνται μπορεί να έχουν έως και δυόμισι φορές περισσότερες πιθανότητες να πεθάνουν μέσα στα επόμενα επτά χρόνια της ζωής τους. Η μελέτη φάνηκε επίσης να προτείνει ότι τα άτομα με χρόνιες παθήσεις υγείας, όπως ο διαβήτης, η υπέρταση και η παχυσαρκία, είναι πιθανώς πιο πιθανό να βιώσουν τη μικρότερη μείωση του καρδιακού παλμού ενώ κοιμούνται.