Нервные механизмы, с которыми связан сон, неизвестны, и исследователям до сих пор не удалось выяснить, почему сон необходим. Сон характеризуется уменьшением электрической активности коры головного мозга , и с этим, возможно, связано его благотворное действие на нервную систему. Спят только высшие позвоночные с хорошо развитой корой головного мозга, причем животные, у которых большие полушария развиты сильнее, по-видимому, больше нуждаются в сне. 

Причиной сна люди обычно считают утомление, но никаких экспериментальных данных, подтверждающих это мнение, нет. Одним из важных факторов, вызывающих сон, служит отсутствие раздражителей; даже без особенной усталости бывает легко заснуть, если нет ничего интересного, что могло бы занять ум. Но хотя в присутствии раздражителей, привлекающих внимание, мы не склонны засыпать, есть предел, за которым наступление сна неизбежно. У всех высших животных жизнь характеризуется основным ритмом чередования сна и бодрствования, и этот ритм регулируется гипоталамусом. В передней части гипоталамуса находится центр сна, а в задней — центр бодрствования. Полагают, что переход от бодрствования ко сну и обратно регулируется механизмом с «обратной связью», в котором участвуют эти два центра. У человека суточный ритм, включающий 8 час сна, несомненно, является приобретенной привычкой; врожденный, естественный ритм состоит в чередовании сна и бодрствования через каждые 3 или 4 час, что можно видеть на примере грудных детей.