Nevrotransmiterji in spanje so medsebojno povezani, saj so nevrotransmiterji odgovorni za večino modulacije možganske aktivnosti; cikel spanja pri enem biološkem pojavu, na katerega se je izkazalo, da močno vpliva modulacija nevrotransmiterjev. Sproščanje določenih nevrotransmiterjev in funkcija cikla spanja tvorita kontinuum, za katerega se lahko vse faze spanja, kot sta faza, ko se oseba prvič ne odziva na dražljaje, in faza, v kateri se doživljajo sanje, odvijajo v ohlapno vnaprej določenem času ali fazi spanja. možganska aktivnost. Za nekatere nevrotransmiterje, kot je gama-aminomaslena kislina (GABA), se klasično misli, da olajšajo spanje, medtem ko drugi, kot je norepinefrin (NE), kažejo sposobnost olajšanja vzburjenja. Nekateri oddajniki, kot je acetilholin (Ach), igrajo pomembno vlogo v obeh fazah zavesti. Vrhunske raziskave spanja kažejo, da lahko drugi nevrotransmiterji opravljajo prej neznane in različne funkcije, kot je Ach, vzdolž celotnega kontinuuma izkušenj faze spanja.
Ekscitatorni nevrotransmiterji, kot so NE, serotonin (5-HT) in histamin, se sproščajo iz njihovih nevronov med budnostjo. Ti nevrotransmiterji se sproščajo iz številnih področij možganov, kot so locus ceruleus ter zadnji in sprednji hipotalamus. Vloga nevrotransmiterjev in iniciacije spanja se začne, ko se prekliče supresija GABA in drugega inhibitornega nevrotransmiterja, galanina, oba sproščena iz ventralnega lateralnega preoptičnega jedra (VLPO). Na tej točki se modulacija možganske aktivnosti usmeri v sprostitev in izgubo osredotočenosti namesto na kognicijo in koncentracijo. Ta sprememba hitrosti sproži sproščanje drugih kemikalij, ki spodbujajo spanje, kot je melatonin, iz epifize in metabolični stranski produkt, ki povzroča spanje, adenozin, da se začne kopičiti v prednjih možganih.
Ti zaviralni nevrotransmiterji in signali spanja iz VLPO v obliki različnih kemičnih in hormonskih prenašalcev se kopičijo in začnejo zlahka pritrditi na kakršna koli odprta receptorska mesta, s čimer začnejo biološko kaskado, ki vodi do kognitivnega in telesnega počitka. Zdi se, da ima adenozin pomembno vlogo pri tem, kdaj možgani dejansko “preklopijo” iz enega stanja v drugo. Kot je bilo omenjeno, je kemikalija naravni stranski produkt presnovnega delovanja in nastaja v budnem stanju pri premikanju, govorjenju in prehranjevanju. Telo postane utrujeno, ker se med izvajanjem budnih gibov nabira adenozin in začne s svojimi lastnostmi, ki povzročajo spanje, preglasiti budne želje. Ljudje, ki po nesreči “odkimajo” ali ne morejo biti budni, imajo pogosto kopičenje adenozina v preveliki količini.
Ko se oseba popolnoma sprosti, nevrotransmiterji in signali spanja še naprej umirjajo možgansko aktivnost. GABA, galanin in druge sproščujoče kemikalije se nenehno proizvajajo, da telo in možgani spijo. V tem času se lahko drugi odpadni materiali, ki se naberejo med ciklom budnosti, prenašajo in odstranijo iz možganov, kar spodbuja občutek osvežitve in dobrega počutja ob prebujanju. Hitro gibanje oči ali REM, faza spanja, v kateri človek sanja, je olajšana s sproščanjem majhnih količin ekscitatornih nevrotransmiterjev. Porast teh nevrotransmiterjev in zmanjšanje signala spanja človeka sčasoma zbudi in cikel se začne znova.