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非快速眼动睡眠期最重要的是慢波状态的深睡眠，决定一个人睡眠质量最重要的两个睡眠阶段就是慢波深睡眠和快速眼动睡眠。既然这两个睡眠阶段那么重要，为什么我们不能一直沉浸于慢波的深睡眠当中，或者一直沉浸于快速眼动睡眠当中，这样岂不是比周期性睡眠效率更高？虽然科学界还没有定论，但根据20世纪70年代Allan Hobson和Robert McCarley提出的激活—整合假说，非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠之所以需要交替循环，主要是需要影响不同的神经递质分泌量，让大脑控制不同的神经递质此消彼长，防止某种神经递质过多或过少，既能防止快速眼动睡眠影响各种生理作用，同时又能防止我们深睡后醒不来。和本章一开始谈到的昼夜节律原理类似，和人体的各种稳态平衡机制也类似，都是像钟摆一样，不停地在两种对立状态之间切换。
为了保持大脑的清醒，大脑会在睡眠过程中周期性地分泌多种神经递质，神经递质是在神经系统内发送的信号，以激活或停用某些细胞的化学物质。这些神经递质可以从脑干和前脑映射到大脑皮层的不同区域，它们在人清醒时高度活跃，在睡眠初期的非快速眼动睡眠中逐渐减少，然后在快速眼动睡眠中完全停止。
在此仅做简单举例，在后面的章节中我们将会提到更多的化学物质和神经递质。我们喝咖啡提神就是为了抑制人体内一种叫作腺苷（Adenosine）的化学物质，它对于生理功能起着非常重要的作用。我们睡醒后，腺苷会开始逐渐累积，当达到一定阈值时，就会引起困倦让人想睡觉。但是，咖啡因会占用接收腺苷的受体，让腺苷在大脑中堆积，起到阻断大脑接收疲劳信号的作用，从而让大脑持续不知疲倦地运转。腺苷是所有神经递质中被人类干扰最多的物质，但其负面作用被忽视了。
反过来，组胺（Histamine）则是促进苏醒的最重要的神经递质之一，白天组胺从神经元中释放出来让人保持清醒，并在快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠期间完全停止释放。当你在睡眠中进入快速眼动睡眠状态下，会分泌很多神经传导物质乙酰胆碱来帮助大脑在睡眠中活跃，而控制身体运动的去甲肾上腺素和血清素则会减少，这样才可以让人在快速眼动睡眠状态下做梦的同时保持肌肉瘫痪。这些物质都不能持续分泌导致过量，一旦达到较高剂量，我们的身体就开始转换睡眠状态，周而复始，直到大脑完成了睡眠所需要进行的所有工作，我们就会自然醒来。