Fisiologia do Sono e Vigília é o estudo das bases neurocientíficas e fisiológicas da natureza do sono e suas funções. O sono é amplamente classificado em dois tipos de sono com movimento rápido dos olhos (REM) e sono com movimento não rápido dos olhos (NREM ou não REM).
A fisiologia do sono envolve um breve estudo dos mecanismos cerebrais que controlam a vigília. A vigília se deve à ativação de estruturas basais do prosencéfalo e do tronco encefálico que perturbam as oscilações do sono e apresentam alterações no meio extraneuronal, com grandes modificações nos parâmetros do fluxo sanguíneo do cérebro. Se o sono é caracterizado por movimentos rápidos dos olhos durante o sono, então é o sono REM, que está associado a movimentos musculares corporais e sonhos.
A ausência de sono em indivíduos e formas de vida superiores resulta em consequências fisiológicas graves que levam ainda a distúrbios graves do sono, como sono fragmentado, insônia, narcolepsia, distúrbios neurológicos primários, como Parkinson, doenças de Alzheimer e distúrbios do sono do ritmo circadiano.