بیماران مبتلا به بی خوابی، دارای کیفیت خواب کمتری هستند که در امواج مغزی الکتریکی کم عمق و با قدرت کمترِ خواب عمیق NREM منعکس می شود. آنها همچنین خواب منقطع تری دارند و دارای بیداری های کوتاهی هستند که خودشان هم همیشه از آنها آگاه نیستند و باعث کاهش کیفیت خواب آنها در مرحله ی رویا می شوند.

براساس نتایج تصویربرداری از مغز، مشکل مشابهی هم در بیماران بی خواب بروز می کند. حلقه های بازگشتیِ مربوط به برنامه های عاطفی، به همراه حلقه های حافظه ی گذشته نگر و آینده نگر به کارشان ادامه می دهند و مانع از خاموش شدن مغز و رفتن به حالت خواب می شوند. این امر نشان می دهد که ارتباطی مستقیم و علّی بین شاخه ی جنگ یا گریزِ سیستم عصبی و همه ی این مناطقِ مربوط به احساسات، حافظه و هوشیاری در مغز وجود دارد.

از آنجایی که پریشانی روانی، عامل اصلی تحریک بی خوابی است، محققان روی بررسی دلایل بیولوژیکیِ آشفتگی عاطفی تمرکز کرده اند. مقصر رایج هم مشخص شده است: سیستم عصبی سمپاتیکِ بیش از حد فعال.

دو عامل اصلی بروز بی خوابی مزمن، مربوط به روان هستند: (1) نگرانی های عاطفی یا دلواپسی و (2) پریشانی عاطفی یا اضطراب.

بیماری بی خوابی با تخمین 28 تا 45 درصد از والدین به فرزند منتقل می شود و تا حدودی وراثت پذیری ژنتیکی را نشان می دهد. با این حال، هنوز هم اکثر بی خوابی ها به دلایل غیرژنتیکی یا تاثیر محیط و ژن (طبیعت ـ تربیت) مرتبط هستند.