经过非快速眼动相睡眠的4个时期后，睡眠将会进入另一个不同阶段快速眼动相睡眠，顾名思义，在这个睡眠时相中眼球会快速地从一侧转到另一侧，像在看什么，而事实上人还在沉睡中。快速眼动相睡眠被认为是睡眠中做梦的阶段，快速眼动相睡眠期脑的活动状态和清醒时相似。研究发现，表现为心率增快、呼吸浅快、体温调节功能减退、肌肉张力显著降低。这时的脑电波也有了明显的变化，δ波逐渐减少，又重新表现出了纺锤波、a波以及许多快速、低幅的波形。呼吸变快而且有些不规则，心率增加，体温微升，但是肌肉却更放松。