Uyanık beyinsel işleyiş, bilişsel (cognitive) işlevler için ne kadar önemliyse, beynin uyku esnasındaki faaliyetleri de bir o kadar önemli görünmektedir. Bu durumu en iyi ve ilk gösteren araştırmalar uyku deprivasyonu çalışmalarıdır. Uyku deprivasyonunun özellikle dikkat ve çalışan bellek üzerine olumsuz etkileri ortaya konulmuştur. Diğer yandan uyuyan beyin, bellek parçacıklarını kullanarak görüntüler, düşünceler ve öyküler (''rüyalar'') oluşturmak sureti ile bilgileri işlemeye devam eder. Uyku ve uyanık dinlenme halindeki spontan kognisyon, geçmiş hatıraların işlenmesinde ve geleceğe dair planların yapılmasında önemli vazifeler icra ediyor gibi gözükmektedir. Bu çerçevede belleğin konsolidasyon süreçlerinde farklı bellek tipleri, uykunun farklı dönemleri ile ilişkili bulunmuştur. Deklaratif bellek, daha çok non-rapid eye movement (NREM) dönemi, daha az oranda da rapid eye movement (REM) dönemi ile ilişkili iken; non-deklaratif bellek ise NREM evre-2 uyku veya REM dönemi, yani tüm dönemlerin etkileşimi ile ilişkilendirilmiştir. Emosyonel bellek, NREM uykusuna kıyasla REM uykusu ile daha fazla ilişkili görünmektedir.

As critical as waking brain function is to cognition, an extensive literature now indicates that sleep supports equally important. Firstly, some of the papers on sleep deprivation has been proved these suggestions. Sleep deprivation particularly impairs attention and working memory. During sleep the brain continues to process information, using memory fragments to create the images, thoughts, and narratives (''dreaming''). Spontaneous cognition during states of sleep and resting wakefulness appears to serve important functions related to processing past memories and planning for the future. Sleep affects memory consolidation processes. Different kinds of memory appear to involve different stages of sleep to further the process of memory consolidation. Declarative learning appears to invoke NREM Stage 2 with less participation for REM sleep. For non-declarative learning; NREM Stage 2, or REM, or all of these, might be involved. Emotionally charged memories favor recruitment of REM sleep processes.