Долгоевремя полагали, что медленноволновый сон — единственный вид сна, пока однажды Азеринский и Клейтман после волн, характерных для четвертой стадии, т. е. глубокого сна, не обнаружили электрическую активность иного типа. Сначала подумали, что это просто возврат к первой стадии (легкому сну), но потом вскоре поняли, что речь идет о какой-то неизвестной ранее стадии. Действительно, спящий в это время находится в полной неподвижности вследствие резкого падения мышечного тонуса, тогда как деятельность мозга возрастает, как будто человек просыпается. Тем не менее одни лишь глаза совершают быстрые движения под сомкнутыми веками.Это стадия БДГ — сон с быстрыми движениями глаз, называемый также «парадоксальным» сном из-за наблюдаемого, казалось бы, несоответствия между состоянием тела и активностью мозга. Во время стадии БДГ разбудить спящего очень трудно, но если это удается, то можно услышать его рассказ о том, что он видел во сне, причем богатство и точность деталей этого сновидения контрастируют с тем, что бывает во время медленноволнового сна .Поскольку сновидения тесно связаны с парадоксальным сном, можно сделать вывод, что их продолжительность, вероятно, сравнима с продолжительностью периодов такого сна, т. е. составляет примерно 20% общего времени сна. Кроме того, было отмечено, что если первое сновидение данной ночи обычно не отличается большой оригинальностью, то в последующих периодах сна с БДГ сновидения становятся все более яркими. В среднем примерно один из каждых трех снов — цветной; однако это, по-видимому, не имеет особого значения.Наряду с этим выяснилось, что если глубокий сон необходим организму, то нужен ему и парадоксальный сон. Во время различных исследований испытуемых систематически будили в тот момент, когда электрическая активность мозга и движения глаз указывали на переход в фазу парадоксального сна. Потом им позволяли снова заснуть и проспать в общей сложности столько же часов, что и обычно, но периоды парадоксального сна таким образом исключались. Когда после этого тем же испытуемым позволяли спать непрерывно, доля периодов БДГ в общем времени сна значительно увеличивалась .Было выдвинуто много гипотез о значении парадоксального сна. Некоторые исследователи полагают, что это периоды восстановления клеток; другие считают, что сон с БДГ играет роль «предохранительного клапана», позволяющего разряжаться избытку энергии, пока тело полностью лишено движения; по мнению третьих, он способствует закреплению в памяти информации, полученной во время бодрствования. Некоторые исследования указывают даже на тесную связь между высоким уровнем интеллектуальности и большой общей продолжительностью периодов парадоксального сна у многих людей.