Pada mamalia dan burung, tidur dapat dibagi menjadi dua kategori. Pada salah satunya, mata bergerak dengan cepat. Ini disebut tidur REM (dari gerakan mata cepat). Sebagian besar mimpi terjadi pada fase ini. REM-sleep terjadi secara normal pada interval sepanjang malam. Periode tidur REM meningkat panjangnya pada paruh kedua malam. Tidur REM pertama kali ditemukan pada tahun 1952-53. Fungsi tidur REM tidak dipahami dengan baik.
Profesor Nathaniel Kleitman dan muridnya Eugene Aserinsky mendefinisikan gerakan mata cepat dan menghubungkannya dengan mimpi pada tahun 1953. Tidur REM dijelaskan lebih lanjut oleh para peneliti termasuk William Dement dan Michel Jouvet.
Kategori lainnya, di mana gerakan mata ini tidak terjadi, disebut NREM-sleep (Tidur Non-REM). Biasanya, mimpi tidak terjadi selama waktu ini. Ada tiga atau empat tahap NREM-sleep. Tahap I adalah hampir tidak tidur, atau tertidur. Tahap II juga merupakan tidur ringan. Biasanya, pada manusia dewasa, sekitar setengah dari waktu yang dihabiskan untuk tidur dihabiskan dalam tidur ringan. Tahap III dan IV disebut tidur nyenyak. Tidur nyenyak diperlukan untuk pertumbuhan dan penyembuhan. Bisa jadi cukup sulit untuk membangunkan seseorang yang berada dalam tidur tahap III atau tahap IV. Terkadang tahap III dan IV digabungkan dan disebut tahap III.
Manusia dewasa biasanya tidur dalam siklus masing-masing 90 hingga 110 menit. Tidur malam bisa empat atau baik dari siklus ini. Setiap siklus mencakup, dalam urutan ini: tahap I, tahap II, tahap III (IV), tahap II dan REM.
Fakta bahwa burung dan mamalia sama-sama menunjukkan tidur REM dan NREM menunjukkan bahwa sifat tersebut berevolusi sebelum kedua kelompok tersebut berbeda dalam evolusi mereka. Itu menunjukkan bahwa fitur REM/NREM adalah awal dan penting dalam evolusi vertebrata darat.