Hjernestammen, der er placeret i bunden af hjernen, er ansvarlig for at kontrollere søvn og drømme. Strukturerne i hjernestammen, såsom hypothalamus, pons og medulla oblongata, arbejder sammen om at regulere søvn-vågen-cyklusser, REM-søvn (Rapid Eye Movement) og ikke-REM-søvn. Hypothalamus hjælper med at kontrollere kroppens indre ur, døgnrytmen og frigivelsen af hormoner, der fremmer søvnighed eller vågenhed. Pons er involveret i at regulere søvntilstande og lette overgangen mellem vågenhed og søvn. Medulla oblongata spiller en rolle i at kontrollere vitale livsfunktioner, såsom hjertefrekvens og vejrtrækning, som også påvirkes af søvn og vågenhed.