По мнению великого натурфилософа Аристотеля, «непосредственная причина сна содержится в поедаемой нами пище, которая выделяет духи, перетекающие из нее в вены. Тепло тела направляет эти духи в голову, где они накапливаются и вызывают сонливость.
В России учёные занимались изучением проблем, связанных со сном. Среди них русская ученая Мария Михайловна Манасеина (1843–1903), ученица физиолога И. Р. Тарханова, которая стала, в сущности, основоположником «науки о сне» – сомнологии. В 1870-х годах она пришла к выводу, что сон для организма важнее пищи. Манасеина подробно описала физиологические изменения в организме и макро-анатомические признаки нарушения мозгового кровообращения и дегенерации клеток головного мозга. Несмотря на блестящие работы Манасеиной, в начале XX века сон как важный процесс, заслуживающий изучения ничуть не меньше, чем бодрствование, все еще не был признан. Опыты по длительному лишению сна были в наше время выполнены лишь в 1983 году А. Рекшаффеном с сотрудниками, т. е. через 100 лет после Манасеиной. Они использовали методику «карусели», которая позволяла лишать крысу до 90 % суточного времени сна. Такие опыты подтвердили, что длительное лишение сна действительно приводит к гибели животных в течение нескольких недель. Причины тому – разрушение иммунной системы и развитие сепсиса.
В XIX веке ученый Кельшюттер установил, что более крепким и глубоким сон является в первые часы после засыпания. Ближе к утру он становится поверхностным.
Научную теорию сна создал И. П. Павлов, показавший, что действительной причиной сна являются особые нервные процессы возбуждения и торможения, происходящие в головном мозге.
Появление электроэнцефалографии привело к целому ряду открытий в изучении сна.
Современные представления о природе сна сформировались во второй половине XX века, после появления методов регистрации биоэлектрической активности головного мозга (электроэнцефалограмма, ЭЭГ), мышц (электромиограмма, ЭМГ) и глаз (электроокулограмма, ЭОГ).
Крупным достижением в этой области было открытие в 1950-е годах Н. Клейтманом. Клейтман увлекся проблемой сна в то время, когда эта тема, кажется, еще никого не интересовала. В 1939 году он впервые сформулировал концепцию существования «основного цикла покоя – активности». Эта гипотеза, намного опередившая время, в последние десятилетия получила многочисленные подтверждения в исследованиях на людях и экспериментах на животных. Сейчас концепция Клейтмана составляет основу одного из наиболее плодотворных и бурно развивающихся направлений в психофизиологии – изучении внутрисуточных биоритмов человека.