Die REM-Phase verdankt ihren Namen den schnellen Augenbewegungen, die für diesen Schlafabschnitt charakteristisch sind. Die Gehirnaktivität beschleunigt sich erheblich und das EEG zeigt viele kleine Ausschläge – ähnlich wie beim Einschlafen. Während dieser Schlafphasen kommt es zu einer Beschleunigung des Herzschlags. Während des REM-Schlafs sind unsere Muskeln interessanterweise nahezu gelähmt. Vor allem in der REM-Phase träumen wir. Daher auch der Name paradoxer Schlaf. Die REM Phase hat die größte Bedeutung für die psychische und mentale Regeneration. Viele Schlafforscher gehen davon aus, dass in der REM-Phase vor allem emotionale Sinneseindrücke, aber auch Informationen, verarbeitet werden. Dabei werden Emotionen, Stress und Erinnerungen verarbeitet und sortiert. Neuen Erlebnisse und Eindrücke des Tages werden aus dem Kurzzeitspeicher in den Langzeitspeicher überführt. Diese Prozesse sind die Grundlage für das Lernen. Fehlt diese Schlafphase über längere Zeit, fühlen wir uns dauerhaft beim Aufstehen weder frisch noch erholt. Es kommt Konzentrationsschwierigkeiten und Vergesslichkeit. Als Spätschäden treten häufiger Depressionen und Demenzerkrankungen auf. Diese Schlafphase sollte im Idealfall rund 20 bis 25 Prozent der gesamten effektiven Schlafzeit ausmachen.