REM uykusu genellikle evre 4 uykusu olarak bilinen bir derin uyku döneminden sonra başlar. Beyin, REM uyku sinyallerinin kaynaklandığı yer olan, pons adı verilen bir alan, sinyalleri omuriliğe kapatır. Bu REM uykusu sırasında vücudun hareketsiz kalmasına neden olur. Pons omuriliğin sinyallerini kapatmadığında, insanlar hayallerini gerçekleştirecekler. Bu tehlikeli olabilir, çünkü duyulardan girdi almadan düşleri etkilemek bir insanın duvarlara girmesine, merdivenlerden düşmesine ya da daha kötüye gitmesine neden olabilir. Bu durum nadir görülür ve daha yaygın uyurgezerlikten farklıdır ve “REM uyku davranışı bozukluğu” olarak bilinir.Pons ayrıca talamus vasıtasıyla beyin korteksine sinyal gönderir (bu, duyusal bilgi için bir filtre ve röledir ve beyinde derin olan motor kontrol fonksiyonları). Beyin korteksi, beynin işlem bilgisiyle (öğrenme, düşünme ve organize etme) ilgili bir parçasıdır. Beyin REM uykusu sırasında “açık” olan alanlar öğrenme ve hafızaya yardımcı oluyor gibi görünmektedir. Bebekler uyku sürelerinin neredeyse yüzde 50'sini REM uykusunda (yetişkinler için yüzde 20'ye kıyasla) geçirirler ve bu da bebeklikteki muazzam öğrenme miktarıyla açıklanabilir. İnsanlara çeşitli beceriler öğretilir ve ardından REM uykusundan yoksun bırakılırsa, genellikle ne öğretildiklerini hatırlayamazlar.