Биологические ритмы являются фундаментальным свойством живых организмов, состоящим в регулярном периодическом повторении во времени характера и интенсивности жизненных процессов. Проявлением такой ритмики является цикл бодрствования и сна человека, составляющий генетически детерминированный суточный цикл. Сопряженный с естественным чередованием дня и ночи 24-часовой ритм является наиболее важным для жизнедеятельности организма, он называется циркадным или циркадианным (от лат. circa - около, dies - день). Циркадная ритмика характерна для большинства физиологических функций, она проявляется не только чередованием бодрствования и сна, но и суточными колебаниями температуры тела, интенсивности обменных процессов, секреции гормонов и т. д.
Сон определяют как периодически возникающее функциональное состояние организма, которое проявляется отключением сознания, отсутствием реакций на внешние раздражители, физической пассивностью и относительной неподвижностью спящего. Важнейшими признаками бодрствования являются сознание, мышление и двигательная активность человека.
Восстановительные теории сна объясняют его физиологическое значение необходимостью сохранения параметров гомеостазиса, изменяющихся в связи с активной деятельностью при бодрствовании. Это представление возникло из наблюдений за последствиями длительного лишения сна (депривации), которые проявляются снижением работоспособности, затруднением целенаправленных действий, быстрой утомляемостью и повышением порогов чувствительности к сенсорным стимулам. Сон нормализует указанные функции.
Согласно циркадианной теории сон появился в процессе эволюции в качестве механизма гомеостатической регуляции, предупреждающего появление физиологического дефицита функций. Основу циркадианной теории составляет представление о существовании нервных центров, выполняющих функцию так называемых биологических часов, которые ритмически изменяют характер физиологических функций, поведенческих реакций и мозговой деятельности человека на протяжении суток. Суточный ритм сохраняется в темноте (установлено при исследовании добровольцев, длительно находившихся в пещере или темном исследовательском бункере) и в условиях полярного дня, что свидетельствует об эндогенном происхождении циркадной ритмики. В повседневной жизни эндогенный или внутренний ритм жизненных процессов синхронизируется с естественным чередованием дня и ночи.
Циркадианную и восстановительную теории в настоящее время рассматривают не как альтернативные, а как взаимодополняющие. В соответствии с таким подходом сон следует считать, с одной стороны, следствием длительного предшествующего бодрствования, а с другой - проявлением активности расположенного в гипоталамусе водителя (ритмозадавателя) циркадных ритмов.