Las ondulaciones de los potenciales eléctricos registrados en la superficie externa de la cabeza se le denomina ondas cerebrales y al conjunto de estas electroencefalograma (EEG). Las ondas son muy diferentes en los estados de vigilia, coma y sueño.
Gran parte del tiempo, las ondas cerebrales son irregulares, no distinguiéndose un patrón en el EEG. En otros momentos se pueden distinguir claramente patrones generales. Algunos son típicos de anomalías cerebrales, otros presentan en personas normales, y en la mayor parte de ellos se pueden distinguir ondas alfa, beta, theta y delta.
Las ondas alfa se dan a una frecuencia entre 8 y 13 segundos, de forma rítmica y se aprecia en la mayoría de los adultos normales en un estado tranquilo de reposo. Son más intensas en la región occipital, registrándose también en toda la superficie de la cabeza. Su voltaje es de 50 milivoltios y desaparecen durante el sueño profundo.
Las ondas beta son de alta frecuencia y de menor voltaje. Aparecen cuando la persona en estado de vigilia fija su atención en algo.
Las ondas theta tienen una frecuencia entre 4 y7 ciclos por segundo. Aparecen en las regiones parietales y temporales en los niños, y en el transcurso del estrés emocional en el adulto, especialmente durante las frustraciones.
Las ondas delta son menores de 3,5 ciclos por segundo. Son características del sueño profundo. También se producen en la lactancia y en enfermedades graves del cerebro. Produciéndose en el sueño de ondas lentas, sugiere que la corteza queda en gran medida liberada de influencias activadoras de centros inferiores. Disminuyen con la edad, lo que explica porque los niños duermen profundamente y se recuperan durante el sueño, mientras que por lo general las personas de edad avanzada no duermen tanto.
El sueño de ondas lentas se divide en 4 etapas.
La primera, es un estado de sueño ligero, donde el voltaje de las ondas del EEG es muy bajo, esto es interrumpido por ondas alfa que aparecen periódicamente. En la segunda, tercera y cuarta etapa, la frecuencia del EEG se lentifica hasta una frecuencia de 1 a 3 ondas por segundo en la última fase (una onda delta típica).
En el sueño REM las ondas son beta irregulares y de alta frecuencia, lo que normalmente sugiere una actividad excesiva, desincronizada como la que se encuentra en la vigilia.