Somnul profund sau non- REM constă în 3 etape separate, care se succed în ordine crescătoare și descendentă, pe măsură ce progresează ciclurile de somn.
Anterior, au fost descrise 4 stadii de somn non-REM, iar cele mai multe hipnograme vechi au mai des 4 etape de somn non-REM decât 3.
Această distincție a fost deseori utilă și încă este larg utilizată, însă în clasificarea actuală oficială a somnului non-REM, acesta e caracterizat de 3 etape, fiind remarcat faptul că distincțiile dintre ele sunt oarecum arbitrare, iar limitele fiziologice în care ele se desfășoară sunt neclare (având în vedere că se află în continuitate).
ETAPA 1
(NREM1 sau N1)
Se află undeva între starea de veghe și starea de somn (ațipire) în care mușchii sunt încă destul de activi inclusiv musculatura globilor oculari, ceea ce îi determină să se miște și să se închidă și deschidă intermitent.
În termeni științifici, etapa 1 este perioada de tranziție de la undele beta și undele gamma, ele fiind relativ nesincronizate (cu o frecvență de 12-30 Hz și, respectiv, 25-100 Hz), acesta fiind intervalul normal pentru starea de veghe, către unde alfa mai lente cu o frecvență de 8-13 Hz, și mai apoi către undele theta cu o frecvență de 4-7 Hz. Este dificil de identificat momentul exact al instalării somnului (al adormirii), deoarece acest proces este unul continuu, iar activitatea undelor cerebrale este redusă treptat.
În stadiul 1 de somn, respirația devine din ce în ce mai regulată iar ritmul cardiac începe să încetinească.
Visele sunt relativ rare în această etapă, însă au loc spasmele hipnagogice bruște (treziri bruște, foarte scurte, însoțite de o senzație de cădere în gol), acestea fiind destul de obișnuite înainte ca somnul să se instaleze complet.
În timpul acestei etape scurte, care durează de obicei mai puțin de 10 minute, cel care este pe cale să adoarmă poate să fie conștient de sunetele sau conversațiile din jur, însă se simte mai degrabă necooperant, decât incapabil să răspundă la ele.
O persoană trezită în această perioadă va crede adesea că nu a dormit deloc - de obicei, această etapă reprezintă doar aproximativ 5% din timpul total de somn.
ETAPA 2
(NREM2 sau N2)
Este prima etapă, fără echivoc, a somnului, în timpul căreia activitatea musculară scade și mai mult iar starea de conștiență și percepție a stimulilor externi încep să se estompeze complet.
Sunetele din jur nu mai sunt percepute în acest punct, iar undele cerebrale în această etapă se află în intervalul de unde theta (ca și în stadiul 1 de somn), dar, în plus, stadiul 2 este caracterizat prin două fenomene distinctive:
• Fusurile de somn
(scurte puseuri de activitate cerebrală cu o frecvență cuprinsă între 12-14 Hz, ce durează mai puțin de o secundă, fiind denumite și unde sigma)
• Complexele K
(unde ample, bifazice, cu o durată de 1-2 minute)
Împreună, acestea au rolul de a proteja somnul și a suprima răspunsul la stimulii externi, precum și de a ajuta la procesul de consolidare a memoriei ce are loc în somn prin procesarea informațiilor. Deoarece această etapă este parcursă de mai multe ori în timpul nopții, stadiul 2 constituie o etapă importantă, ea reprezentând aproximativ 45%-50% din timpul total de somn pentru adulți (și chiar mai mult pentru adulții tineri).
ETAPA 3
(NREM3 sau N3)
Este, de asemenea, cunoscută ca și etapa de somn profund în care predomină undele delta sau SWS (Slow Wave Sleep), în această etapă cel care a adormit este foarte puțin sau chiar deloc receptiv la stimulii din mediul exterior.
Etapa 3 de somn se desfășoară în perioade mai lungi în prima jumătate a nopții, în special în primele două cicluri de somn, și reprezintă aproximativ 15%-20% din timpul total de somn al adulților.
Atât activitatea neuronală cât și alți parametri, cum ar fi temperatura creierului, frecvența respirației, ritmul cardiac și tensiunea arterială, toate au valori reduse în timpul stadiului 3 de somn.
Etapa 3 este caracterizată de unde cerebrale delta cu o frecvență de aproximativ 0,5-4 Hz, dar și de fusuri de somn, însă acestea au loc mult mai rar decât în etapa 2 de somn.
Visele sunt mai frecvente în această etapă de somn decât în celelalte stadii non-REM de somn, însă, prin comparație, au loc mult mai rar și nici nu sunt la fel de intense sau memorabile ca în timpul somnului REM.
Aceasta este și stadiul în care pot apărea parasomniile și se pot manifesta prin teroare nocturnă (episoade ce pot avea semnalmentele unui coșmar, dar sunt marcate de sentimente comparabile unui atac de panică, trezire bruscă din somn, țipete sau mișcări necontrolate), somnambulism sau vorbit în somn.
Prelucrarea informațiilor și consolidarea memoriei (în special a memoriei declarative) are loc și în această perioadă, și, într-o oarecare măsură, în etapa 2 de somn și în timpul somnului REM.
Este mult mai puțin probabil ca o persoană să se poată trezi cu ușurință în stadiul 3 de somn, iar dacă se trezește în această etapă, se va simți amețită sau dezorientată, putând dura până la 30 de minute înainte de a atinge o performanță mentală normală, acest fenomen fiind cunoscut sub numele de inerție de somn.

Copiii și adulții tineri au tendința de a petrece mult mai mult timp în această etapă de somn în care predomină undele delta, ceea ce explică motivul pentru care copiii au uneori dificultăți mai mari la trezire, spre deosebire de adulți și de persoanele în vârstă, care pot petrece un timp mult mai redus în această etapă de somn, ea fiind adesea chiar absentă.