Tidur nonREM terdiri dari 4 tahap, dimana setiap tahapnya mempunyai ciri tersendiri.

Tahap 1. Tidur tahap I terjadi bila merasakan ngantuk dan mulai tertidur. Jika telepon berbunyi atau ada sesuatu sampai terbangun, sering kali tidak merasakan bahwa sebenarnya kita telah tertidur. Gelombang listrik otak memperlihatkan ‘gelombang alfa’dengan penurunan voltase. Tahap I ini berlangsung 30 detik sampai 5 menit pertama dari siklus tidur.

Tahap 2. Selama tidur tahap dua, seluruh tubuh kita seperti berada pada tahap tidur yang
lebih dalam. Tidur masih mudah dibangunkan, meskipun kita benar-benar berada dalam keadaan tidur. Gambaran EEG memperlihatkan gelombang berfrekuensi 14-18 siklus per detik, dan ini dinamakan gelombang tidur (sleep spindle). Periode tahap 2 berlangsung dari 10 sampai 40 menit. Kadang-kadang selama tahap tidur 2 seseorang dapat terbangun karena sentakan tiba-tiba dari ekstremitas tubuhnya. Ini normal. Kejadian sentakan ini, sebagai akibat masuknya tahapan REM.

Tahap 3 dan 4. Tahap ini merupakan tahap tidur dalam. Pada tahap 3, Orang yang tertidur cukup pulas, rileks sekali karena tonus otot lenyap sama sekali, dan EEG memperlihatkan gelombang lambat delta (20-50%). Tahap 4 adalah tidur paling nyenyak, tanpa mimpi dan sulit dibangunkan, dan orang akan binggung bila terbangun langsung dari tahap ini, dan memerlukan waktu beberapa menit untuk meresponnya. EEG memperlihatkan dominasi gelombang delta (>50%) dan gelombang tidur (sleep spindle) sulit didapat. Orang yang tidur pada ke dua tahap ini, pola pernafasan dan denyut jantungnya teratur. Kadang-kadang pada bayi timbul keringat banyak. Setelah periode ini, suatu saat kembali ke tidur tahap 2 sebelum masuk ke periode tidur REM. Pada tahap ini, diproduksi hormon pertumbuhan guna memulihkan tubuh, memperbaiki sel, membangun otot dan jaringan pendukung. Perasaan enak dan segar setelah tidur nyenyak, setidak-tidaknya disebabkan karena hormon pertumbuhan bekerja baik.