睡眠在記憶的形成過程當中的編碼、儲存和固化都扮演著至關重要且多方面的角色。它不只是讓大腦休息，更關鍵的是一個主動的過程，記憶在這個過程中被處理、強化和整合。

睡眠如何影響記憶：

記憶固化可以說是睡眠與記憶之間最廣為人知的功能，白天學習新資訊時，這些剛剛形成的記憶一開始時是相對脆弱的。在睡眠期間，特別是在某些睡眠階段，大腦會積極地穩固這些記憶，使它們變得不容易被遺忘。這個過程稱為記憶固化。

慢波睡眠又稱深度睡眠 (非快速眼動睡眠第三期，N3)： 這個階段對於陳述性記憶（declarative memory）的鞏固至關重要，其中包括所接觸的事實、話語、數字、個人每天的事件和一般知識（例如，人名、日期、天文、地理以及歷史事件）。在慢波睡眠期間，海馬迴（記憶形成初期最重要的大腦區域）會「回播」最近編碼的神經活動，將這些記憶傳輸到大腦皮層進行長期儲存。這使得記憶更加穩定，並將其整合到現有的知識網絡中。在非快速眼動睡眠第二期 （N2) 的睡眠階段裡頭海馬迴會以陣發式θ波（4-8 Hz）的振盪向大腦皮質發射腦波，甚至會發生海馬迴與與大腦皮質的腦波同步更加有助於記憶的鞏固。

快速動眼期睡眠 (REM 睡眠)，正如慢波睡眠對陳述性記憶很重要，快速動眼期睡眠參與程序性記憶的固化，即動作相關的記憶（例如，演奏樂器、騎自行車、打字），也就是說練習彈奏新樂曲之後去睡一覺會比熬夜練習的學習效果好。快速動眼睡眠期也參與處理情緒記憶，並可以透過將相關記憶以新穎的方式連結起來，幫助解決問題或發揮創意。科學史上最著名的一場啟發夢就是 德國化學家奧古斯特·凱庫雷發現苯環結構的夢。 當他整天在為如何排列苯分子的六個碳才能解答苯的穩定性所困擾時，夢裡他看見一條蛇咬著自己的尾巴形成一個封閉的環，這啟發他提出苯的六元環結構，解釋了苯的穩定性和芳香性。 另一個有名的做夢者是印度數學家斯里尼瓦瑟·拉馬努金，他常常在夢裡解決數學難題，發現數學理論。不過夢見數學題目的人不會太少，但極少人有拉馬努金的天份。
 

為學習準備大腦

睡眠除了鞏固現有的記憶外，還能為未來的學習做好準備。在學習新資訊之前如果有充足的睡眠，可以顯著提高編碼和保存資訊的能力。反之睡眠不足會大幅降低您的學習能力甚至達到4成。

突觸恆定狀態與修剪

在清醒時，大腦突觸連接數量會隨著新資訊、新刺激的進入而不斷增加。睡眠被認為是突觸穩固時期，大腦會「修剪」掉較不重要（連結較弱）或去除多餘的突觸連接，汰弱留強的結果只有強連結才留下來，這有助於神經網絡的連結效能，也可以為新記憶騰出空間，並維持整體大腦效率，防止大腦因資訊過多而「超載」。

睡眠不足對記憶的影響

睡眠不足會嚴重損害記憶所必需的各種認知功能，包括注意力與專注力下降，難以集中注意力使新記憶難以編碼。工作記憶容量變小導致暫時保存和操作資訊的能力和速度會降低，睡眠不足也可能導致判斷力受損和衝動性增加。臨床上會出現，難以回想最近和過去學習的資訊，獲取新知識的能力會顯著降低-學習能力受損。長期睡眠不足與認知能力下降甚至會增加失智症的風險有關，也會對海馬迴產生負面影響。