На найглибшому рівні сну, IV стадія сну, переважна ЕЕГ-активність складається з низькочастотних (1–4 Гц) високоамплітудних коливань, які називаються дельта-хвилями, характерними повільними хвилями, за якими і названа ця фаза сну. Уся послідовність від сонливості до глибокої IV стадії сну зазвичай займає близько години.

Разом, NREM сон стадії 3 і 4 часто відомі як повільний сон (SWS).

Сон відбувається в п'ять стадій: пробудження, N1, N2, N3 і REM. Стадії від N1 до N3 вважаються сном без швидких рухів очей (NREM), причому кожна стадія призводить до поступового глибшого сну. Приблизно 75% сну витрачається на стадії NREM, причому більша частина – на стадії N2.

Етап 3 сну часто називають глибоким сном або повільним сном, оскільки ці стадії характеризуються низькою частотою (менше 3 Гц) і високою амплітудою дельта-хвиль (рис. 4). У цей час серцебиття і дихання людини різко сповільнюються.

Стадії 3 і 4, повільний сон Показує ЕЕГ підвищена високовольтна, повільнохвильова активність (Малюнок 2-2). Останньою стадією NREM є стадія 4, яка триває приблизно від 20 до 40 хвилин у першому циклі та становить приблизно від 10 до 15 відсотків сну. Поріг збудження є найвищим для всіх стадій NREM на стадії 4.

Хоча повільні хвилі та веретена сну присутні на стадіях 2, 3 та 4, веретена більш поширені на стадії 2 сну, тоді як повільні хвилі домінують на ЕЕГ на стадіях 3 і 4. Нейрофізіологічні кореляти та механізми, що лежать в основі цих явищ ЕЕГ, були частково з’ясовані.