除了对睡眠规律的研究之外，对大脑内部的一些神经递质和化学物质研究发现：大脑内部的神经递质，如：内源性吗啡肽（或内啡肽），5-HT（5羟色胺），γ-氨基丁酸（GABA）等具有镇定、放松的作用，可以恢复大脑内部轻松愉悦的健康环境；神经元释放的兴奋质，如：脑内多巴胺、乙酰胆碱、血清素等，可以改善失眠引起的白天精神萎靡、注意力下降、思维减退等症状；大脑内部的应激激素，包括肾上腺素（ADR）、去甲肾上腺素（NE）、糖皮质激素（皮质醇、皮质酮）、血管紧张素I（Aug正）等，可以促使大脑处于紧张兴奋的状态，心跳加快，血管收缩等现象。

根据研究发现，一个人在处于深度睡眠的情况下，NREM3期和4期的持续时间较长，而REM期的持续时间较短。另外，当脑内促进人镇静、愉悦的成分增加，而让人感觉紧张、兴奋的成分受到抑制时，大脑可以得到很好的休息，更加有助于深度睡眠。对于失眠症的治疗，基本上都是基于这个睡眠原理而进行的。