除了對睡眠規律的研究之外，對大腦內部的一些神經遞質和化學物質研究發現：大腦內部的神經遞質，如：內源性嗎啡肽（或內啡肽），5-HT（5羥色胺），γ-氨基丁酸（GABA）等具有鎮定、放松的作用，可以恢復大腦內部輕松愉悅的健康環境；神經元釋放的興奮質，如：腦內多巴胺、乙酰膽堿、血清素等，可以改善失眠引起的白天精神萎靡、注意力下降、思維減退等癥狀；大腦內部的應激激素，包括腎上腺素（ADR）、去甲腎上腺素（NE）、糖皮質激素（皮質醇、皮質酮）、血管緊張素I（Aug正）等，可以促使大腦處于緊張興奮的狀態，心跳加快，血管收縮等現象。

根據研究發現，一個人在處于深度睡眠的情況下，NREM3期和4期的持續時間較長，而REM期的持續時間較短。另外，當腦內促進人鎮靜、愉悅的成分增加，而讓人感覺緊張、興奮的成分受到抑制時，大腦可以得到很好的休息，更加有助于深度睡眠。對于失眠癥的治療，基本上都是基于這個睡眠原理而進行的。