สารสื่อประสาทและการนอนหลับมีความสัมพันธ์กันในสารสื่อประสาทที่มีความรับผิดชอบส่วนใหญ่ของการปรับกิจกรรมสมอง; วัฏจักรการนอนหลับในปรากฏการณ์ทางชีวภาพที่แสดงให้เห็นว่าได้รับผลกระทบอย่างลึกซึ้งจากการปรับสารสื่อประสาท การปล่อยสารสื่อประสาทและฟังก์ชั่นวงจรการนอนหลับบางอย่างก่อให้เกิดความต่อเนื่องในทุกขั้นตอนของการนอนหลับเช่นเวทีเมื่อคนแรกไม่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าและขั้นตอนที่มีประสบการณ์ความฝันสามารถเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่กำหนดล่วงหน้า กิจกรรมสมอง สารสื่อประสาทบางชนิดเช่น gamma-aminobutyric acid (GABA) นั้นมีความคิดแบบคลาสสิกว่าช่วยให้หลับสบายขณะที่คนอื่น ๆ เช่น norepinephrine (NE) แสดงความสามารถในการกระตุ้นอารมณ์ เครื่องส่งสัญญาณบางอย่างเช่น acetylcholine (Ach) มีบทบาทสำคัญในระหว่างช่วงเวลาแห่งสติ การวิจัยการนอนหลับที่ทันสมัยแสดงให้เห็นว่าสารสื่อประสาทอื่น ๆ อาจทำหน้าที่ก่อนหน้านี้ที่ไม่รู้จักและแตกต่างกันเช่นเดียวกับ Ach ตลอดช่วงเวลาการนอนหลับอย่างต่อเนื่อง
สารสื่อประสาท Excitatory transmitters เช่น NE, serotonin (5-HT) และฮีสตามีนถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องในระหว่างการตื่นตัว สารสื่อประสาทเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาจากหลายพื้นที่ของสมองเช่นโลคัส ceruleus และด้านหลังและด้านหน้า hypothalamus บทบาทของสารสื่อประสาทและการเริ่มต้นการนอนหลับเริ่มต้นขึ้นเมื่อการปราบปรามของ GABA และสารสื่อประสาทยับยั้งอื่นกาลานินทั้งสองได้รับการปล่อยตัวออกมาจากนิวเคลียส preoptic ข้างหน้าท้องด้านข้าง (VLPO) ถูกเพิกถอน เมื่อมาถึงจุดนี้การปรับกิจกรรมสมองมุ่งไปสู่การผ่อนคลายและการสูญเสียสมาธิแทนที่จะเป็นการรับรู้และสมาธิ การเปลี่ยนแปลงของการก้าวนี้เริ่มต้นสารเคมีอื่น ๆ ที่ส่งเสริมการนอนหลับเช่นเมลาโทนิจะได้รับการปล่อยตัวจากต่อมไพเนียลและการเหนี่ยวนำให้เกิดการนอนหลับ, adenosine ผลพลอยได้จากการเผาผลาญอาหารเพื่อเริ่มสะสมใน forebrain
สารสื่อประสาทและสารยับยั้งเหล่านี้ส่งสัญญาณการนอนหลับจาก VLPO ในรูปแบบของสารเคมีและฮอร์โมนสารสะสมและเริ่มที่จะแนบไปกับเว็บไซต์ที่เปิดรับใด ๆ เริ่มต้นน้ำตกทางชีวภาพที่นำไปสู่การพักผ่อนองค์ความรู้และร่างกาย Adenosine ดูเหมือนจะมีบทบาทสำคัญเมื่อสมอง "เปลี่ยน" จากที่หนึ่งไปยังอีกที่จริง ดังที่ได้กล่าวมาสารเคมีเป็นผลพลอยได้จากธรรมชาติของการเผาผลาญและผลิตขึ้นในสภาวะตื่นตัวเมื่อเคลื่อนไหวพูดคุยและรับประทาน ร่างกายจะเหนื่อยเพราะมันทำการเคลื่อนไหวที่ตื่นตัว adenosine จะสะสมและเริ่มแทนที่ความต้องการที่ตื่นขึ้นด้วยคุณสมบัติที่ทำให้นอนหลับ คนที่บังเอิญ“ พยักหน้า” หรือตื่นนอนไม่ได้มักจะมีการสะสมอะดีโนซีนมากเกินไป
หลังจากบุคคลนั้นผ่อนคลายอย่างเต็มที่สารสื่อประสาทและสัญญาณการนอนหลับยังคงทำหน้าที่ขับกล่อมสมองต่อไป กาบานินกาลานินและสารเคมีผ่อนคลายอื่น ๆ มีการผลิตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ร่างกายและสมองหลับ ในช่วงเวลานี้วัสดุเหลือใช้อื่น ๆ ที่สะสมในระหว่างรอบการปลุกสามารถส่งและนำออกจากสมองได้ซึ่งจะช่วยให้รู้สึกสดชื่นและเป็นอยู่ที่ดีเมื่อตื่นขึ้น การเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็วหรือ REM ซึ่งเป็นขั้นตอนของการนอนหลับซึ่งคน ๆ หนึ่งใฝ่ฝันได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการปล่อยสารสื่อประสาทที่กระตุ้นการหลั่งจำนวนเล็กน้อย การเพิ่มขึ้นของสารสื่อประสาทและเครื่องส่งสัญญาณการนอนหลับลดลงในที่สุดปลุกคนและวงจรเริ่มต้นอีกครั้ง
