Faze spavanja mogu se podijeliti u dvije široke kategorije: ne-REM spavanje i REM (Rapid Eye Movement) spavanje. Ne-REM spavanje se dalje može podijeliti na Stadij N1, N2 i N3. Način na koji znanstvenici spavaju dijele spavanje na faze promijenio se nekoliko puta otkako je kategorizacija faza spavanja započela kasnih 1930-ih. Faze su prvi opisali 1937. Loomis i suradnici, a zatim su ažurirani 1957. otkrićem Rapid Eye Movement, najdubljeg razdoblja sna, gdje se događaju gotovo svi nezaboravni snovi. Ažuriranje iz 2007., postavljeno u AASM priručniku za bodovanje spavanja i pridruženih događaja, koje je objavila Američka akademija za medicinu spavanja (AASM), spojilo je treću i četvrtu fazu spavanja, ostavljajući samo treću fazu.
Faze spavanja klasificirane su na različite načine, uključujući mjerenje EEG valova (kolokvijalno poznatih kao “moždani valovi”), fiziološke pokazatelje i subjektivna izvješća. N1 se uglavnom definira kao prijelaz mozga iz alfa valova (s frekvencijom od 8 do 13 Hz, uobičajenih za budne ljude) u theta valove (s frekvencijom od 4 do 7 Hz). N1 se nalazi na granici između sna i buđenja, poznat kao “pospani san” ili somnolencija. Uobičajeni za ovu fazu su kratki, nevoljni trzaji poznati kao hipnični trzaji, kao i hipnagogijske slike, koje mogu uključivati fosfene (nejasne šarene mrlje) ili konstante oblika (mentalne slike s uzorkom).
Druga faza spavanja je N2. Karakteristični znakovi spavanja N2 su “vretena spavanja”, skokovi EEG-a od 0.5-1 sekunde valova od 12-16 Hz i “K-kompleksi”, kratki skokovi napona na EEG-u koji traju slično vrijeme i prate vretena spavanja. u rafalima. Poznato je da se K-kompleksi javljaju nasumično tijekom spavanja N2, ali se također javljaju kao odgovor na slušne podražaje, na primjer ako netko pokuca na vrata osobe koja spava. Tijekom N2, svjesna svijest o vanjskom okruženju nestaje i mišići se opuštaju. N2 čini otprilike polovicu vremena spavanja kod odraslih.
Treća faza spavanja je N3, ili sporo valno spavanje (SWS). Sporo valno spavanje karakteriziraju delta valovi, (0.5 do 4 Hz), koji se također nazivaju delta ritmovima. Neuobičajeni učinci spavanja, nazvani parasomnije, javljaju se u ovoj fazi, a uključuju noćne strahove, mokrenje u krevet, hodanje u snu i govor u snu. Ako je lišen sna, osoba vrlo brzo upada u san N3 i REM, što sugerira da je oboje neophodno.
Posljednja faza spavanja, koja se službeno smatra dijelom N3, najpoznatija je faza spavanja, poznata kao REM spavanje. REM spavanje je mjesto gdje se javljaju snovi i oči se brzo pomiču, vjerojatno prateći objekte iz snova. Većina snova se zaboravlja, čak i tijekom REM faze, ali većina ljudi barem nejasno, ako ne i živo, sjeća se prisutnosti snova tijekom REM spavanja.