Faza snu paradoksalnego trwa 15-20 minut i dochodzi do niej średnio co 90 minut. Podczas REMgałki oczne szybko się poruszają pod zamkniętymi powiekami, a puls i oddech stają się nieregularne. W tej fazie mózg wysyła nieregularne fale beta i może dochodzić do mówienia przez sen. Naukowcy interesują się tym typem snu, ponieważ występują wówczas marzenia senne o charakterze wizualnym (częściej czarno-białe niż kolorowe), ale zdarza się, że odznaczają się także odczuwaniem zapachu, smaku lub dźwięku. Nie wiadomo, czy treść snów ma jakieś znaczenie w życiu człowieka, lecz Zygmunt Freud (1856-1939, niemiecki psycholog) – jeden z pierwszych badających marzenia senne – twierdził, że mogą one mieć znaczenie symboliczne zawierające pewne ukryte pragnienia.