Мозг в этой фазе сна, работает невероятно интенсивно, и зачастую его нейронная активность даже превосходит активность мозга в состоянии бодрствования. Он крайне активно функционирует, поглощая огромное количество глюкозы, единственное отличие этого состояния от бодрствования, заключается в нейрофизиологической блокировке поперечно-полосатых скелетных мышц, которые осуществляют все двигательные акты нашего физического тела. Именно поэтому, данный тип сна в научной среде, также называют парадоксальным сном. Во время фазы быстрого сна восстанавливается наш мозг, перестраивается и упорядочивается наше сознание. Происходит реструктуризация опыта, то есть наши воспоминания, дневные переживания раскладываются по полочкам, и вся информация складируется в то место, где должна находиться, упорядочиваются нейронные связи. Снимается психоэмоциональное напряжение, успокаиваются эмоции. Информация из кратковременной памяти переписывается в долговременную. Наш сон делится на 2 фразы: медленный и быстрый сон. Во время медленной фазы сна восстанавливается наша физика, вырабатывается соматотропный гормон, гормон роста, тестостерон и гидроксипрогестерон и др.
Пролить свет на природу осознанных сновидений удалось команде нейрофизиологов из Университета Гете во Франкфурте в сотрудничестве со специалистами Гарвардской медицинской школы в Бостоне, под руководством Урсулы Восс. Полученные результаты они опубликовали в журнале Nature Neuroscience. Они выяснили особенности электрической активности мозга, необходимой для появления осознанных сновидений. Более того, смогли даже вызвать их у испытуемых электрической стимуляцией мозга. При регистрации ЭЭГ во время сна (сомнограмма) специалисты выяснили, что осознанные сновидения сопровождаются синхронизацией активности разных областей мозга и появлением ритмов очень высокой частоты (около 40 Гц) в гамма-диапазоне в лобных и височных областях. Как пишут авторы научной статьи, посвященной исследованию феномена, во время обычных сновидений мозг человека, находится в первичном состоянии сознания. Им воспринимается лишь непосредственно происходящее здесь и сейчас, а память о событиях прошлого или стратегическое планирование будущего, практически недоступны или крайне ограничены.
Когда человек переходит в бодрствующий режим функционирования сознания, практически мгновенно задействуются когнитивные функции вторичного, более высокого уровня и порядка, человек осознает себя во времени и пространстве, осознает свое собственное «Я», активно использует накопленный опыт из прошлого, экстраполирует события будущего, проявляет максимальную осознанность и свободу воли, и обретает способность к глубокой саморефлексии. Во время осознанных сновидений присутствуют элементы вторичного сознания более высокого уровня и порядка, поэтому человек ведет себя не как пассивный, а как активный субъект происходящего во внетелесном состоянии. Он осознает, что в данный момент он спит, что он может проснуться, с помощью одного усилия воли и что он, может взять происходящее во сне под контроль, например превратить ночной кошмар в великолепное и захватывающее приключение, или просто осознано наслаждаться чудесными сюжетными перипетиями, своего сновиденного опыта. Электрические волны, которые генерирует мозг, специалисты подразделяют на несколько диапазонов частот.