Neurotransmiteriai ir miegas yra tarpusavyje susiję, nes neuromediatoriai yra atsakingi už didžiąją dalį smegenų veiklos moduliavimo; miego ciklas viename biologiniame reiškinyje, kurį, kaip įrodyta, labai paveikė neurotransmiterių moduliacija. Tam tikrų neuromediatorių išsiskyrimas ir miego ciklo funkcija sudaro kontinuumą, kuriame visi miego etapai, pavyzdžiui, stadija, kai žmogus pirmą kartą nereaguoja į dirgiklius, ir etapas, kai patiriami sapnai, gali vykti per laisvai iš anksto nustatytą laiką arba fazę. smegenų veikla. Kai kurie neuromediatoriai, tokie kaip gama-aminosviesto rūgštis (GABA), klasikiniu požiūriu laikomi palengvinančiais miegą, o kiti, kaip norepinefrinas (NE), gali palengvinti susijaudinimą. Kai kurie siųstuvai, tokie kaip acetilcholinas (Ach), vaidina svarbų vaidmenį abiejose sąmonės fazėse. Pažangiausi miego tyrimai rodo, kad kiti neurotransmiteriai gali atlikti anksčiau nežinomas ir skirtingas funkcijas, pavyzdžiui, Ach, per visą miego stadijos patirtį.
Sužadinimo neurotransmiteriai, tokie kaip NE, serotoninas (5-HT) ir histaminas, išsiskiria iš atitinkamų neuronų budrumo metu. Šie neurotransmiteriai išsiskiria iš daugelio smegenų sričių, tokių kaip locus ceruleus ir užpakalinės bei priekinės pagumburio. Neuromediatorių vaidmuo ir miego inicijavimas prasideda, kai panaikinamas GABA ir kito slopinančio neuromediatoriaus galanino, išsiskiriančio iš ventralinio šoninio preoptinio branduolio (VLPO), slopinimas. Būtent šiuo metu smegenų veiklos moduliavimas nukreipiamas į atsipalaidavimą ir dėmesio praradimą, o ne į pažinimą ir susikaupimą. Dėl šio tempo pasikeitimo kitos miegą skatinančios cheminės medžiagos, tokios kaip melatoninas, išsiskiria iš kankorėžinės liaukos, o miegą sukeliantis metabolinis šalutinis produktas adenozinas pradeda kauptis priekinėse smegenyse.
Šie slopinantys neurotransmiteriai ir miego signalai iš VLPO įvairių cheminių ir hormoninių pasiuntinių pavidalu kaupiasi ir pradeda lengvai prisijungti prie bet kurių atvirų receptorių vietų, pradėdami biologinę kaskadą, kuri veda į pažinimo ir kūno poilsį. Atrodo, kad adenozinas atlieka svarbų vaidmenį, kai smegenys iš tikrųjų „persijungia“ iš vienos būsenos į kitą. Kaip jau buvo minėta, cheminė medžiaga yra natūralus metabolinio veikimo šalutinis produktas ir susidaro būdraujant, kai juda, kalba ir valgo. Kūnas pavargsta, nes atliekant budrumo judesius, adenozinas kaupiasi ir savo miegą skatinančiomis savybėmis pradeda nuslopinti būdravimo troškimus. Žmonės, kurie netyčia „nusileidžia“ arba negali pabusti, dažnai turi per daug adenozino kaupimosi.
Kai žmogus visiškai atsipalaiduoja, neurotransmiteriai ir miego signalai toliau slopina smegenų veiklą. GABA, galaninas ir kitos atpalaiduojančios cheminės medžiagos nuolat gaminamos, kad kūnas ir smegenys užmigtų. Per šį laiką kitos pabudimo ciklo metu susikaupusios atliekos gali būti pernešamos ir pašalinamos iš smegenų, taip skatinant gaivumo ir geros savijautos pojūtį pabudus. Greitą akių judesį arba REM, miego stadiją, kai žmogus sapnuoja, palengvina nedidelių sužadinamųjų neuromediatorių išsiskyrimas. Šių neurotransmiterių padidėjimas ir miego signalo sumažėjimas galiausiai pažadina žmogų ir ciklas prasideda iš naujo.