Соотношения фаз сна и их ритмическую смену регулируют такие нейромедиаторы, как серотонин (основной фактор, индуцирующий сон), мелатонин (фактор, обеспечивающий синхронизацию фаз сна), а также ГАМК, энкефалины и эндорфины (особые вещества, блокирующие болевые ощущения), дельта-сон-индуцирующий пептид, ацетилхолин, дофамин, адреналин, гистамин.