Los delfines duermen de una manera muy diferente a la forma en que los humanos lo hacemos. Los seres humanos tenemos períodos prolongados de sueño inconsciente y durante ese lapso de tiempo, no somos conscientes de nuestro entorno. Contamos además, con un reflejo respiratorio y cuando dormimos o estamos inconscientes, continuamos respirando automáticamente.
Por otro lado, los delfines no pueden dormir de esta manera, tienen que permanecer conscientes, incluso cuando están durmiendo. Esto se debe a que su respiración no es automática, se controla conscientemente. En otras palabras, los delfines tienen que decidir activamente cuándo respirar, y por lo tanto deben estar conscientes de hacerlo. Si como nosotros, los delfines entraran en un profundo sueño inconsciente, dejarían de respirar y podrían sofocarse o ahogarse.
Para evitar esto, los delfines sólo permiten que la mitad de su cerebro duerma a la vez; la otra mitad permanece alerta, a fin de permitirle al delfín continuar respirando y estar alerta ante los peligros que puedan presentarse en su entorno.
Los delfines sólo cierran un ojo cuando duermen; el ojo izquierdo se cierra cuando la mitad derecha del cerebro duerme, y viceversa. Este tipo de sueño se conoce como sueño unihemisférico y es un término que indica que solamente un hemisferio del cerebro duerme a la vez. Los delfines alternan qué lado duerme periódicamente para que puedan obtener el descanso que necesitan, sin perder la conciencia.
En un período de 24 horas, cada mitad del cerebro recibe alrededor de 4 horas de sueño de onda lenta; existe escasa evidencia que demuestre fehacientemente que los delfines tengan una etapa de sueño REM.
Al dormir, los delfines descansan a menudo inmóviles en la superficie del agua, respirando regularmente o pueden nadar muy lenta y constantemente, cerca de la superficie. Algunas veces los delfines duermen en aguas poco profundas, en el lecho marino, y suben regularmente a la superficie para respirar.