Faza snu REM charakteryzuje się szybkim ruchem gałek ocznych śpiącego i trwa od kilku minut do pół godziny. Występuje na zmianę z fazą NREM i powtarza się w ciągu nocy co 90 minut. Podczas snu paradoksalnego człowiek nie może wypocząć równie dobrze jak podczas fazy NREM. Występuje w tym czasie wysoka aktywność mózgu, a częstość skurczów serca wzrasta. Nie odkryto jeszcze funkcji REM, ale jedno jest pewne – faza ta jest szczególnie ważna dla naszego zdrowia. Naukowcy przeprowadzili badania na szczurach i udowodnili, że brak REM podczas snu po kilku tygodniach może doprowadzić do śmierci.