Der Schlaf dient nicht nur der bloßen Erholung des Menschen und der Bekämpfung der Müdigkeit. Im Schlaf laufen viele Prozesse ab, die für den Organismus sehr wichtig sind. Nicht nur im Tiefschlaf finden diese Vorgänge statt, sondern zum Teil bereits in der Einschlafphase oder bei leichtem Schlaf.
Das Wachstumshormon (STH, Somatotropin, auch: Human Growth Hormone, HGH) wird fast nur während des Schlafes gebildet. Bei Kindern sorgt das Wachstumshormon dafür, dass sie normal wachsen. Das Wachstum findet beim Kind daher praktisch nur nachts statt. Bei allen Menschen dient das Wachstumshormon jedoch auch dem Aufbau und der Erholung diverser anderer Körpergewebe, daher wird es auch nach der Kindheit noch von der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) hergestellt.
Für das Gehirn beziehungsweise das Nervensystem hat der Schlaf eine sehr große Bedeutung. Insbesondere das Lernen wird durch den Schlaf stark gefördert. Wenn nach dem Erlernen einer Fähigkeit oder auch nach dem geistigen Lernen geschlafen wird, dann festigen sich die Lerninhalte viel besser im Gedächtnis als ohne Schlaf. Auch Erlebnisse werden eingeprägt und verarbeitet. Das Lernen im Schlaf ist bereits bei Säuglingen vorhanden. Daher wird ihre Entwicklung gehemmt, wenn sie nicht ausreichend schlafen können. Gerade für das Langzeitgedächtnis ist der Schlaf wahrscheinlich unentbehrlich. In den verschiedenen Schlafphasen werden jeweils bestimmte Lernprozesse stärker gefördert als andere.
Der Schlaf fördert auch im großen Maße das Abwehrsystem des Menschen. Während des Schlafes geschieht die wichtige Regeneration des Immunsystems. Es werden beispielsweise mehr Antikörper gebildet, wenn ein menschlicher Körper nach dem Kontakt mit einem Krankheitserreger (oder dem Impfstoff) schläft. Antikörper gehören zu den wichtigen Elementen des Abwehrsystems. Da die körpereigene Abwehr im Schlaf so gut arbeitet, wird durch Infektionen Müdigkeit ausgelöst, so dass der Kranke sich regelrecht gesund schlafen kann.
Daneben dient der Schlaf natürlich dem Stressabbau. Im Schlaf werden viele Funktionen des Organismus und des Gehirns auf ein Mindestmaß „heruntergefahren". So kann sich der Mensch erholen, ohne dass Stressfaktoren einwirken können. Ebenso ist eine Erholung des Körpers möglich. Des Weiteren laufen verschiedene Verdauungs- und Stoffwechselprozesse während des Schlafens erst im erforderlichen Ausmaß ab.
Bereits weit vor Beendigung des Nachtschlafes wird das „Stresshormon" Cortisol ausgeschüttet. Bei normalen Schlafenszeiten beginnt dies ab 3 oder 4 Uhr morgens. Cortisol sorgt dafür, dass der Körper wach wird und aktiv sein kann.
