Non-remslaap-arousalstoornissen kunnen vanuit alle stadia van de non-remslaap beginnen, maar beginnen doorgaans vanuit de diepe non-remslaap (langzame-golvenslaap). Zij treden meestal in het eerste derde deel van de nacht op en komen niet vaak voor tijdens dutjes overdag. Tijdens de episode kan het polysomnogram soms door de bewegingsartefacten een vertekend beeld geven. In afwezigheid van een dergelijk artefact kan het elektro-encefalogram (eeg) een verscheidenheid aan patronen laten zien, waaronder voortzetting van de ritmische delta-activiteit bij het ontwaken, wat wijst op een gedeeltelijke of onvolledige arousal. Tijdens de episode kan echter ook theta-, alfa- of eeg-activiteit met een gemengde frequentie worden waargenomen, waarbij arousals tijdens de langzame-golvenslaap vaker optreden bij mensen met non-remslaap-arousalstoornissen dan bij controlepersonen. Anders dan bij epileptische aanvallen zijn bij de non-remslaap-arousalstoornissen tijdens een episode geen kenmerken van spatiotemporele ontwikkeling van de eeg-ritmes te zien.
Met een combinatie van polysomnografie en audiovisuele registratie kunnen de slaapwandelepisoden worden vastgelegd. Wanneer er tijdens de polysomnografische opname geen daadwerkelijk voorval wordt vastgelegd, zijn er geen betrouwbare polysomnografische kenmerken die kunnen dienen als een marker voor slaapwandelen. Slaapdeprivatie kan de kans dat het voorval wordt geregistreerd, vergroten. Als groep vertonen mensen die slaapwandelen een instabiliteit van de diepe non-remslaap. De overlap met bevindingen bij mensen die niet slaapwandelen is echter zo groot dat het gebruik van deze indicator bij het vaststellen van de stoornis is uitgesloten. In tegenstelling tot de arousals vanuit de remslaap die samenhangen met nachtmerries, waarbij er voorafgaand aan de arousal een toename is van de hartslag en de ademhaling, beginnen de non-remslaap-arousals van pavor nocturnus plotseling vanuit de slaap zonder enige aankondigende autonome veranderingen. De arousals staan in verband met een indrukwekkende autonome activiteit, waarbij de hartslag twee- tot driemaal hoger is. De pathofysiologie wordt niet goed begrepen, maar er is waarschijnlijk een instabiliteit van de diepere stadia van de non-remslaap. Behalve dat er tijdens een officieel slaaponderzoek een voorval kan worden geregistreerd, zijn er geen betrouwbare polysomnografische indicatoren voor de neiging tot pavor nocturnus.
