Giấc ngủ của con không phải một khối liền mà chia thành nhiều giai đoạn nối tiếp nhau suốt đêm, trong đó có giai đoạn gọi là REM, nghĩa là mắt chuyển động nhanh dưới mí mắt khép. Ở giai đoạn này, sóng não đo được gần giống hệt lúc con đang thức và suy nghĩ, dù cơ thể vẫn nằm yên bất động. Não bộ tranh thủ lúc này để lục lại những hình ảnh, âm thanh, cảm xúc đã trải qua trong ngày, trộn chúng với những ký ức cũ, rồi ghép lại thành các câu chuyện không theo logic thông thường. Chính những câu chuyện chắp vá đó là thứ con nhớ lại và gọi là giấc mơ.

Các nhà khoa học cho rằng giấc mơ có liên quan chặt tới việc não củng cố trí nhớ và xử lý cảm xúc. Trong giấc ngủ REM, vùng não phụ trách trí nhớ hoạt động rất tích cực, kết nối những sự kiện rời rạc trong ngày với kho ký ức cũ để tìm ra điểm chung, giúp con học hỏi và ghi nhớ tốt hơn. Cùng lúc đó, vùng não xử lý lý trí và logic lại hoạt động yếu đi, nên những hình ảnh được ghép lại trong mơ thường kỳ lạ, phi thực tế, ví dụ con có thể mơ thấy mình bay lượn hoặc gặp một con vật biết nói. Cơ thể cũng tự khóa các cơ tay chân trong lúc này để con không bật dậy làm theo những gì diễn ra trong mơ.

Con để ý mà xem, sau một ngày đi công viên nước hoặc xem một bộ phim hoạt hình thú vị, tối đó con có thể mơ thấy mình đang trượt nước hoặc gặp nhân vật trong phim, vì não vừa lưu lại những hình ảnh sống động đó và đem ra "xào nấu" lại trong giấc mơ. Có những đêm con thức dậy và nhớ rõ mồn một giấc mơ, nhưng cũng có đêm con hoàn toàn không nhớ gì, đơn giản vì con tỉnh dậy ngay giữa giai đoạn REM thì dễ nhớ, còn nếu tỉnh dậy ở giai đoạn ngủ sâu khác thì giấc mơ thường trôi tuột đi rất nhanh.

Nhiều người tin rằng giấc mơ luôn mang một điềm báo hay ý nghĩa bí ẩn về tương lai, nhưng các nhà khoa học chưa tìm được bằng chứng nào cho thấy giấc mơ có thể tiên đoán điều sắp xảy ra; chúng chủ yếu phản ánh những gì não đang xử lý từ trải nghiệm và cảm xúc gần đây. Cũng có người nghĩ chỉ khi ngủ say mới mơ, nhưng thực ra con người mơ ở hầu hết các giai đoạn giấc ngủ, chỉ là những giấc mơ trong REM thường sống động và dễ nhớ hơn hẳn, nên ta mới có cảm giác chỉ lúc đó mới mơ.