REM-sömn är det sömnstadium som kännetecknas av snabba ögonrörelser, livliga drömmar, nästan fullständig muskelatoni och hjärnvågsaktivitet som liknar vakenhet. Den upptar ungefär en femtedel av en normal natts sömn hos friska vuxna.

Perioder av REM-sömn återkommer flera gånger under natten och blir längre mot morgonen. Ögonen rusar under slutna ögonlock; hjärtfrekvens och andning blir oregelbundna; kroppen är effektivt förlamad, vilket förhindrar att drömmar kan förverkligas. De flesta narrativa drömmar rapporteras från uppvaknanden i detta skede. REM-sömn verkar stödja minneskonsolidering, emotionell bearbetning och aspekter av hjärnans utveckling.

Brist på REM-sömn leder till en återhämtning där andelen REM-sömn ökar under efterföljande nätter. Vissa antidepressiva medel hämmar REM-sömn. Störningar som REM-sömnbeteendestörning möjliggör fysisk utspelning av drömmar eftersom den normala förlamningen misslyckas. Stadiet är fortfarande ett av de mest utmärkande och intensivt studerade egenskaperna hos däggdjurssömn.

När ögonen rör sig snabbt och sinnet fylls med drömmar medan kroppen förblir stilla, är den sovande i REM-sömn.