人类对梦的记录可以追溯到数千年前，古埃及莎草纸文献里就有专门记载梦境内容的文本，古巴比伦、古希腊也留下大量梦的记录。现代睡眠实验室出现之后，研究者借助脑电图、眼动监测设备，把睡眠划分成不同阶段，快速眼动睡眠阶段的发现，成为现代研究梦境的重要节点。

1953 年，美国两位学者阿瑟林斯基与克莱特曼，在实验室监测受试者睡眠状态。仪器记录到，人入睡一段时间后，眼球会在眼睑下方快速来回转动，同时脑电波波形和清醒状态接近。唤醒处于这个阶段的受试者，八成以上的人可以清晰描述刚刚经历的梦境；如果在非快速眼动睡眠阶段叫醒受试者，仅有少数人能回忆起模糊片段，大多只是一些零散的感受，没有连贯画面。这个快速眼动周期，在成年人夜间睡眠里大约每 90 分钟循环一次，单次时长随整夜睡眠不断拉长，后半夜的快速眼动阶段持续时间会明显增加。

神经影像观测捕捉到睡眠时大脑的活动变化。进入快速眼动睡眠，大脑脑干区域持续发出信号，大脑皮层视觉区域激活，而负责理性判断、自我约束的前额叶皮层活动减弱。运动神经会收到抑制信号，肌肉张力降到很低，身体无法跟随梦境做出大幅度动作。存在一类人群，这种肌肉抑制机制失效，出现快速眼动睡眠行为障碍，会在睡梦中做出奔跑、挥打等动作，这类病例记录在睡眠医学的临床档案中。

弗洛伊德在 1900 年出版《梦的解析》，提出梦和潜意识欲望相关。这套理论在当年推动大众关注梦境，但后续很多现代神经研究的数据，无法完全支撑这套假说。上世纪 70 年代，霍布森与麦卡利提出激活合成假说，认为梦境来自脑干随机释放的神经电信号，大脑皮层在接收信号后，自行拼凑出故事画面。后续数十年，不少新实验数据出现，学界对这个假说持续补充调整，没有形成统一定论。

近年的睡眠实验记录到，梦的素材大多取自梦者过往记忆碎片。实验室收集的数千份梦境报告统计，梦里的人物、场景，基本都来自梦者见过、听过的内容，极少出现完全没有任何记忆来源的全新事物。重复出现的梦，也在大量样本里被记录，创伤后应激障碍患者，更容易反复出现和创伤事件相关的梦。

还有大量跨学科观测记录。一些先天失明的受试者，成年后依旧会做梦，他们的梦里没有视觉画面，更多依靠声音、触觉、气味构建内容。先天失明人群的梦境样本，给研究者提供了新的观测方向，用来验证感官经历如何参与梦的构建。清醒梦也属于被持续研究的现象，部分受试者可以在梦里意识到自己身处梦境，甚至有限调整梦里的场景，相关的脑成像数据已经被收录在学术期刊中。

日常普通人的梦境，大部分会在醒来几分钟内快速遗忘。研究人员记录，醒来后没有立刻复述或者记录梦境，大脑会在短时间内丢失梦境相关记忆。这种遗忘机制的成因，学界目前存在多种推测，没有形成统一结论。

直到现在，科学界可以观测做梦期间大脑哪些区域激活、生理指标如何变化，能够统计梦境内容的特征，但是关于梦的本质，没有一套理论可以解释全部观测现象。神经科学、心理学、人类学各自积累了大量实验和田野记录，不同方向的研究结论，还在持续补充，没有形成最终的统一答案。