对梦的严格科学研究始于17世纪，奥地利神经学家、精神分析学创始人弗洛伊德在《梦的解析》一书中，从心理学的角度对梦进行了系统的研究。他认为梦是我们被压抑的欲望，是我们在社交场合不能公开表达的欲望，是我们对人不能接受的思想和欲望的潜意识活动。
早年与弗洛伊德共事的瑞士心理学家卡尔·荣格提出了不同的理论，虽然他认同梦有心理根源，但他也认为梦让我们在清醒时反思自己，我们在梦中思考和解决一些遇到的问题。自20世纪60年代以来，梦的研究进入了生物学实验领域。1953年美国芝加哥大学生物学研究生尤金·阿塞茨基(Eugene Asetsky)发现，当人由浅睡眠转为深睡眠时，眼球会迅速转动；当你从深度睡眠转为浅度睡眠时，你的眼睛会停止转动。有快速动眼期的深度睡眠阶段被称为REM，眼睛不动的浅睡眠阶段被称为NREM。如果人们从快速眼动睡眠中醒来，大约80%的人会报告自己在做梦。
阿西奇的这一里程碑式的发现迫使科学家重新探索睡眠期间发生了什么，20世纪60年代成为了梦研究的黄金时代。美国芝加哥大学的研究人员威廉·德蒙特通过观察脑电图发现，健康的成年人通过五个阶段睡眠。他还更准确地定义了快速眼动睡眠阶段和其他睡眠阶段的特征。
1973年美国哈佛医学院精神病学家艾伦·霍布森(Allen Hobson)和他的同事罗伯特·麦卡里(Robert McCulley)通过在脑干中植入微电极，识别出了产生电脉冲的单个神经细胞，并提出了一个新的理论，即梦只是大脑在睡眠时从记忆存储中随机选择一些记忆片段而产生的脑电脉冲，这项关于梦的神经生理学研究让世界沸腾了。