Polysomnografische onderzoeken laten plotselinge ontwaakmomenten vanuit de remslaap zien, gewoonlijk gedurende de tweede helft van de nacht, voorafgaand aan de melding van een nachtmerrie. De hartslag, de ademhaling en de oogbewegingen kunnen vlak voor het ontwaken versnellen of in variabiliteit toenemen. Nachtmerries na psychotraumatische gebeurtenissen kunnen ook beginnen vanuit de lichte non-remslaap, vooral vanuit stadium 2 (nu N2 genoemd). De slaap van mensen met nachtmerries is doorgaans licht verstoord (met bijvoorbeeld een verlaagde slaapefficiëntie, minder langzame-golvenslaap, meerdere ontwaakmomenten), er zijn frequenter periodieke beenbewegingen tijdens de slaap, en er is sprake van een relatieve activering van het orthosympathische zenuwstelsel na onthouding van de remslaap.
