Memelilerde ve kuşlarda uyku iki kategoriye ayrılabilir. Bunlardan birinde gözler hızla hareket eder. Buna REM uykusu (hızlı göz hareketinden) denir. Çoğu rüya bu evrede gerçekleşir. REM uykusu normalde gece boyunca aralıklarla gerçekleşir. REM uykusu dönemlerinin uzunluğu gecenin ikinci yarısında artar. REM uykusu ilk olarak 1952-53 yıllarında keşfedilmiştir. REM uykusunun işlevi tam olarak anlaşılamamıştır.
Profesör Nathaniel Kleitman ve öğrencisi Eugene Aserinsky 1953 yılında hızlı göz hareketini tanımlamış ve rüyalarla ilişkilendirmiştir. REM uykusu, William Dement ve Michel Jouvet gibi araştırmacılar tarafından da tanımlanmıştır.
Gözlerin bu hareketinin gerçekleşmediği diğer kategori ise NREM uykusu (Non-REM uykusu) olarak adlandırılır. Genellikle bu süre zarfında rüya görülmez. NREM uykusunun üç ya da dört aşaması vardır. Birinci aşama zar zor uyumak ya da uyuklamaktır. Aşama II de hafif uykudur. Normalde yetişkin insanlarda uykuda geçirilen sürenin yaklaşık yarısı hafif uykuda geçer. Aşama III ve IV derin uyku olarak adlandırılır. Derin uyku büyüme ve iyileşme için gereklidir. Evre III veya evre IV uykusunda olan birini uyandırmak oldukça zor olabilir. Bazen III. ve IV. aşamalar birleştirilir ve III. aşama olarak adlandırılır.
Yetişkin insanlar normalde her biri 90 ila 110 dakikalık döngüler halinde uyurlar. Gece uykusu bu döngülerden dört ya da daha fazla olabilir. Her döngü sırasıyla şunları içerir: evre I, evre II, evre III (IV), evre II ve REM.
Kuşların ve memelilerin hem REM hem de NREM uykusu göstermesi, bu özelliğin iki grubun evriminde farklılaşmadan önce evrimleştiğini düşündürmektedir. Bu da REM/NREM özelliğinin kara omurgalılarının evriminde hem erken hem de önemli olduğunu göstermektedir.