Trois états de vigilance sont décrits chez l'homme : la veille, le sommeil lent, le sommeil paradoxal. Ils sont caractérisés par une activité cérébrale spécifique, sous-tendant un état de perception, de conscience et de réactivité particulier, et associée à des fonctions qui lui sont propres. De nombreux systèmes largement distribués mais essentiellement situés au niveau de tronc cérébral et de l'hypothalamus sont impliqués de manière différentielle dans l'installation et/ou le maintien de chaque état de vigilance, et rendent compte de la phénoménologie associée à ces états. Ces systèmes interagissent entre eux et modulent directement ou indirectement l'activité corticale. Ils sont soumis à deux processus de régulation principaux : le facteur homéostatique (processus cumulatif qui reflète la notion de pression de sommeil et est lié à l'activité neuronale durant l'éveil) et le processus circadien (dépendant de l'horloge biologique principale située dans le noyau suprachiasmatique et permettant la synchronisation du rythme veille/sommeil sur une période de 24heures selon l'alternance lumière/obscurité). L'organisation polycyclique d'une nuit de sommeil témoigne d'autres processus de régulation ultradiens régissant l'alternance sommeil lent-sommeil paradoxal. Les besoins de sommeil et le chronotype d'un individu dépendent de facteurs génétiques et comportementaux. De plus, le sommeil évolue de manière qualitative et quantitative au cours de l'ontogenèse, de la naissance jusqu'à l'âge avancé. Les fonctions du sommeil sont multiples et concernent le métabolisme global et cérébral, la croissance, la maturation cérébrale, la production de diverses hormones, le système immunitaire, et les fonctions cognitives notamment la consolidation mnésique et les processus de régulation émotionnelle.