Hjernestammen, som ligger ved bunnen av hjernen, er ansvarlig for å kontrollere søvn og drømmer. Strukturene i hjernestammen, som hypothalamus, pons og medulla oblongata, jobber sammen for å regulere søvn-våkne-sykluser, REM-søvn (Rapid Eye Movement) og ikke-REM-søvn. Hypothalamus hjelper til med å kontrollere kroppens indre klokke, døgnrytmen og frigjøringen av hormoner som fremmer søvnighet eller våkenhet. Pons er involvert i å regulere søvntilstander og lette overgangen mellom våkenhet og søvn. Medulla oblongata spiller en rolle i å kontrollere vitale livsfunksjoner, som hjertefrekvens og pust, som også påvirkes av søvn og våkenhet.