REM-slaap is de slaapfase die wordt gekenmerkt door snelle oogbewegingen, levendige dromen, bijna volledige spierverslapping en hersenactiviteit die lijkt op die van wakker zijn. Bij gezonde volwassenen beslaat deze fase ongeveer een vijfde van een normale nachtrust.

Perioden van REM-slaap herhalen zich meerdere keren gedurende de nacht en worden langer naarmate de ochtend nadert. De ogen schieten heen en weer onder de gesloten oogleden; de hartslag en ademhaling worden onregelmatig; het lichaam is in feite verlamd, waardoor dromen niet kunnen worden uitgevoerd. De meeste verhalende dromen worden gerapporteerd na ontwaken in deze fase. REM-slaap lijkt de consolidatie van het geheugen, de verwerking van emoties en aspecten van de hersenontwikkeling te ondersteunen.

Een tekort aan REM-slaap leidt tot een rebound-effect waarbij het aandeel REM-slaap in de daaropvolgende nachten toeneemt. Bepaalde antidepressiva onderdrukken de REM-slaap. Aandoeningen zoals de REM-slaapgedragsstoornis maken het mogelijk om dromen fysiek uit te voeren, omdat de normale verlamming faalt. Deze slaapfase blijft een van de meest kenmerkende en intensief bestudeerde aspecten van de slaap bij zoogdieren.

Wanneer de ogen snel bewegen en de geest zich vult met dromen terwijl het lichaam stil blijft, bevindt de slaper zich in de REM-slaap.