调节睡眠与觉醒的神经结构主要是脑干的网状结构。
与睡眠觉醒相关的神经生物学病理改变包括脑干网状神经元和丘脑投射系统功能障碍。睡眠时,身体由主要受交感神经调节变为受副交感神经调节,而兴奋系统的活动减弱。睡眠觉醒是由一些内部器官、身体和特殊感觉器官的输入启动和增强的。觉醒信号不仅直接传递到相应的皮质区,更重要的是内脏、躯体、听觉、前庭、视觉等感觉神经的外侧支从延髓到中脑再到脑干网状结构汇聚。
当上述器官系统发生病变时,睡眠和觉醒系统的神经生物学病变就发生了。