نظریه های عصبی خواب بر اساس پیشرفت هایی عنوان شد که در اواسط قرن 19 در درک سیستم عصبی مرکزی به دست آمده بود. کامیلو گلژی (Camillo Golgi) اولین تصویر از سلول عصبی را به نمایش در آورد. مطالعات او توسط هینریش والدیر (Heinrich Waldeyer) بسط پیدا کرد. او نخستین کسی بود که برای سلول های عصبی نام «نورون» را برگزید. او نشان داد که جریان عصبی از سمت آکسون ها خارج و از سمت دندریت ها وارد می شود. در سال 1890 رابل راکهارت (Rabl Ruckhardt) فرضیه ای به نام نوروسپونژیوم  (neurospongium) یا شبکه فیبریل های عصبی را مطرح کرد. او این فرضیه را مطرح کرد که در هنگام خواب یک فلج نسبی در امتدادهای عصبی اتفاق می افتد که جلوی ارتباط با سلول های عصبی مجاور را می گیرد. پس از او رافائل ـ ژک لپین (Raphael-Jaques Lepine) و ماری ماتیاس دووال (Marie Mathias Duval) نظریات مشابهی را مطرح کردند. آن ها نیز معتقد بودند خواب حاصل بازگشت فرایندهای آمیبی سلول عصبی است. رامون کاخال (Ramon Y. Cajal) به همراه گلژی پیشنهاد دادند که تغییر در انتقال اطلاعات توسط نوروگلیاها نه تنها می تواند خواب را توضیح دهد، بلکه می تواند تأثیر داروهای خواب آور را نیز تبیین کند. ارنستو لوگارو (Ernesto Lugaro) در سال 1899 نظریه متفاوتی را ارائه داد که بر اساس آن خواب ناشی از گسترش فعایت نورونی است. او معتقد بود که تکانه های عصبی ایجاد کننده خواب متحمل فرایندهای گسترش یافته (gemmules) می شوند تا انتقال بین سلول ها را امکان پذیر کنند. در اوایل قرن بیستم نظریه های مربوط به حرکات نورون ها عمدتا کنار گذاشته شدند و نظریه های مربوط به انتقال سیناپسی تبیین های عصبی معتبرتری برای تغییرات مربوط به خواب و بیداری تلقی شدند. 

نظریه های شیمیایی خواب که با ارسطو شروع