睡着的时候，人体是脆弱的，都必须冒着大脑大部分处于离线状态的风险，很多身体不好的人甚至直接就在睡眠中永远的“离线”了。目前，关于人为什么要睡觉还没有一个公认的理论，有研究人员认为睡眠是大脑自我重组必须的，大脑会在身体睡眠时修复某些损伤，所以长期熬夜对记忆、判断力造成影响。

无论如何，大家公认的一点是睡眠对身体是非常重要的。根据芝加哥大学的研究，完全不睡眠的老鼠在两到三周内死亡。不过，他们还没有对人类做过类似的实验，但是2014年发表在《神经科学杂志》上的一项研究发现，哪怕仅仅24小时的不睡觉，就会导致健康人产生幻觉和其他精神分裂症状。很难弄清楚人为什么要睡觉的一个原因是，很难将睡眠完全隔离开来研究。睡眠剥夺是这方面研究的最常见的方法，但是剥夺动物的睡眠会破坏其许多其他的生物系统。很难说身体状况的改变只是因为睡眠不足导致的，而不是其他生物系统导致的。很难弄清楚人为什么要睡觉的另一个原因是大脑在睡眠的两个主要阶段可能做了两件不同的事情。人在睡眠时，会在“非快速眼动”（眼球没有快速转动）和“快速眼动”（眼球快速转动）。相比之下，大脑在“快速眼动”睡眠期间的电活动看起来很像一个人醒着的时候，只不过身体的肌肉像是瘫痪了。

研究发现，在不同的睡眠阶段的大脑活动不同。例如，在“非快速眼动”睡眠期间，身体释放生长激素。此外，在“非快速眼动”睡眠期间，一些脑蛋白的合成增加，负责合成蛋白质的基因变得更加活跃。相反，在“快速眼动”睡眠期间，这种蛋白产生活性似乎没有任何增加。

目前，已经确定的是，缺乏睡眠会影响免疫系统并改变体内的激素水平，也会影响中枢系统，不过，受影响最大的是大脑，这点在人和动物身上都是一致的。研究人员提取出大脑中的神经元细胞，在实验室中培养，发现它也有活动和不活动两种状态，这类似于清醒和睡眠。这可以解释为什么最简单的生物也会表现出类似睡眠的行为。例如，秀丽隐杆线虫，虽然它只有302个神经元，但是也会睡眠。研究人员认为，也许生命从原始细胞进化开始时，就有这种休息机制了。

科学家认为睡眠是细胞从诞生至今固有的自然属性，但是并没有解释清楚睡眠时，身体发生了什么变化。在这方面，有许多理论。一个是睡眠节约大脑的能量，根据《睡眠医学评论》，在非快速眼动睡眠期间，大脑消耗的葡萄糖大约只有一个人清醒时的一半。但是，如果睡眠节约大脑能量的想法是正确的，那么睡眠与大脑能量使用之间的关系并不简单。例如，缺乏睡眠时，大脑中对能量的消耗并不是平均的，而是在某些部位增加，在某些部分减少。另一个理论认为，睡眠可以让大脑清除清醒时产生的有毒物质。大脑消耗身体能量的巨大消耗者，这意味着它也产生大量的废物。最近的一些研究表明，睡眠是大脑自行清洁的时间。还有理论认为，睡眠在大脑的连通性和可塑性中起着重要的作用。可塑性与学习记忆有关。尽管目前还不清楚到底是怎么回事，但是大量证据表明，失眠会导致记忆问题，特别是工作记忆。

睡眠影响大脑内的突触建立，以及神经元之间的联系建立。研究表明，当动物学会一项新技能时，他们大脑中的神经元会在下一次睡眠中加强相关的突出连接，这意味着良好的睡眠有助于学习和巩固新技能。在研究人员将一个目标放在动物的一只眼睛上，与该眼睛相关的视觉信息的大脑回路在几小时内减弱。然而，“快速眼动”阶段睡眠增强了这种回路，甚至大脑还模拟了另外一只眼睛相关的视觉信息。现在，研究人员发现脑细胞中包含一些神经胶质细胞，其字面意思是“胶水”，一度被认为是非常惰性的，但最近发现其具有多种功能。神经胶质细胞的数量比神经元高出三倍。神经胶质细胞可以控制整个脑部的脑脊液流动，睡眠期间，这可能就是大脑能将代谢废物清除的关键。