تهتم العلوم العصبية الخاصة بـ النوم بدراسة علم الأعصاب والأساس الفيزيولوجي لطبيعة النوم ووظائفه. بشكل تقليدي، كانت تتم دراسة النوم كجزء من دراسةعلم النفس والطب.[1] ولقد ازدهرت دراسة النوم من منظور علم الأعصاب بفضل التطور التكنولوجي وانتشار الأبحاث في مجال العلوم العصبية منذ منتصف القرن العشرين.
وتشير حقيقة أن الكائنات الحية تقضي حوالي ثلث وقتها في النوم وأن الحرمان من النوم يمكن أن يترتب عليه آثار كارثية تؤدي في النهاية إلى الموت[2][3] إلى أهمية النوم. وعلى الرغم من أن النوم يعد ظاهرة لها أهميتها البالغة، فإن أغراض وآليات هذه الظاهرة لم يتم فهمها إلا بشكلٍ جزئي، لدرجة أن أحدهم قال ساخرًا "الوظيفة الوحيدة المعروفة للنوم هي علاج قلة النوم". ومع ذلك، فقد أدى تطور تقنيات التصوير المحسنة مثل تخطيط أمواج الدماغ (EEG)، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، إضافةً إلى إمكانات الحوسبة الفائقة، إلى زيادة فهم الآليات التي يقوم عليها النوم.
أما عن الأسئلة الرئيسية في الدراسة العلمية العصبية للنوم فهي: - 1) ما العوامل المرتبطة بالنوم؛ أي ما هي أقل مجموعة من الأحداث التي يمكن أن تؤكد أن الكائن الحي نائم؟ 2) كيف يقوم الدماغ والجهاز العصبي باستثارة النوم وتنظيمه؟ 3) ما الذي يحدث للدماغ أثناء النوم؟ 4) كيف يمكن أن نفهم وظائف النوم على أساس التغيرات الفيزيولوجية للدماغ؟ 5) ما الذي يتسبب في اضطرابات النوم المختلفة وكيف يمكن علاجها[4]؟
تتضمن المجالات الأخرى الحديثة للبحث العلمي في العلوم العصبية الخاصة بالنوم كلاً من تطور النوم، والنوم أثناء النمو، والشيخوخة، ونوم الحيوانات، وآليات آثار الأدوية على النوم، والأحلام والكوابيس، ومراحل التيقظ ما بين النوم والاستيقاظ.