Defizitärer Schlaf führt langfristig zu einer Abnahme der Viliganz, der Aufmerksamkeitsspanne. Die Leistungsfähigkeit geht zurück. Reizbarkeit und Schreckhaftigkeit sind weitere Symptome des Schlafentzuges. Bei Schlafdeprivation über mehrere Nächte hinweg können zudem Wahrnehmungsstörungen auftreten. Dauert der Entzug mehr als einhundert Stunden an, treten Wahnvorstellungen, besonders häufig Verfolgungswahn, und Halluzinationen auf.
Hält der Schlafentzug über zweihundert Stunden hinweg an, entsteht der sogenannte „Mikroschlaf“. Die Betroffenen nicken in kurzen Abständen für einige Sekunden ein.
Erst bei langanhaltendem Entzug treten ernsthafte gesundheitliche Folgen auf.

Langfristig führt der totale Schlafentzug sowohl beim Menschen als auch beim Tier zum Tod.
Besonders wichtig zum Erhalt der physiologischen Funktionen ist der sogenannte „Kernschlaf“, welcher beim Menschen die ersten drei SWS-REM-Phasen umfasst. Der folgende „Füllschlaf“ scheint hingegen nicht essentiell zu sein. Unter SWS (slow wave sleep) versteht man die Tiefschlafphasen, „REM-Schlaf“ (rapid eye movement) bezeichnet die Phasen, in denen sich die Augen unter den geschlossenen Lidern bewegen, und wir träumen.

Nach mäßiger Schlafdeprivation reichen wenige Stunden Erholungsschlaf aus, um die körperliche und psychische Leistungsfähigkeit wieder herzustellen. Interessanterweise handelt es sich bei derartigem regenerativem Schlafen um relativ lange SWS-Phasen. Während des SWS oder Slow-Wave-Sleep, also dem Tiefschlaf, reduziert sich die Durchblutung im Gehirn. Diese Form des Schlafes scheint primär der Regulation der Hirntemperatur zu dienen. Die Dauer der Schlafphasen hängt von zahlreichen Faktoren, wie zum Beispiel der Müdigkeit und der zuletzt aufgenommenen Nahrung ab.

Im Gegensatz zum Langsamen-Wellen-Schlaf scheint der Schlaf in den REM-Phasen, in denen wir träumen und bei denen eine erhöhte Durchblutung des Gehirns zu beobachten ist, vermehrt der Verarbeitung von Informationen zu dienen.
In diesem Rahmen ist jedoch zu betonen, wenn beim kurzen Erholungsschlaf nach Deprivation zuerst der SWS nachgeholt wird, auch der im Kernschlaf enthaltene REM-Schlaf lebensnotwendig ist.