Le cycle veille-sommeil des mammifères a en commun le fait qu'il alterne trois états de vigilance: veille, sommeil lent et sommeil paradoxal. Plusieurs cycles se répètent sur 24h, mais leurs durées et leurs apparitions dans le temps diffèrent selon les mammifères.

Certains mammifères ont un sommeil dit monophasique, c'est-à-dire qu'ils dorment en général une fois par 24h, comme les primates, l'homme, ou les herbivores par exemple, contrairement à d'autres, qui ont un sommeil polyphasique, comme par ex. les rongeurs, le chat ou le lion. Ces variations dépendent d'une part de l'adaptation des animaux au cours de l'évolution. Il est donc juste de dire qu'une souris a adapté son sommeil pour survivre aux prédateurs carnivores tels que les chats, par ex: elle dort plusieurs fois dans la journée avec des cycles courts, ce qui la rend moins vulnérable face au danger. Or, la variabilité du sommeil des animaux est plus complexe et dépend d'autres paramètres: le genre et l'espèce animale, le poids, le métabolisme (plus un animal est petit, plus il dépense de l'énergie et plus il a besoin de dormir), les contraintes écologiques et environnementales (chez le dauphin, seulement une moitié de son cerveau est endormi).

Enfin, au sein d'une même espèce, le sommeil varie en fonction de l'âge. Par exemple, chez l'homme, le jeune enfant qui n'a pas encore atteint sa maturité cérébrale aura un sommeil polyphasique, avec une phase de sommeil paradoxal dans chaque cycle et qui est allongée par rapport à l'adulte. L'adulte aura plutôt un sommeil monophasique et, lors de la sénescence, il n'est pas rare d'observer à nouveau un sommeil polyphasique (sommeil fragmenté la nuit et plusieurs siestes dans la journée)