Ganz einfache Meerestiere wie zum Beispiel Schwämme oder Korallen schlafen vermutlich gar nicht. Schlaf dient, etwas vereinfacht gesagt, zur Erholung des Gehirns, und wo kein Gehirn ist, da muss sich auch nichts erholen. Die meisten höher entwickelten Meerestiere fahren einfach während bestimmter Tageszeiten ihre Aktivität runter. Viele Fische schlafen wie wir nachts. Dabei schweben sie mit Hilfe ihrer Schwimmblase im freien Wasser oder sie legen sich auf den Boden, manche graben sich sogar ein. Wer ein Aquarium hat, kann beobachten, dass viele Fische nachts auch wesentlich blassere Farben zeigen als tagsüber. Es gibt sogar Fische, wie den Meerjunker, die einen regelrechten Winterschlaf halten. Da Fische keine Augenlider haben, schlafen sie mit offenen Augen. Ein besonderes Problem mit dem Schlaf unter Wasser haben nur solche Tiere, die regelmäßig an der Wasseroberfläche Luft holen müssen. Meeresschildkröten können ihren Stoffwechsel im Schlaf so stark drosseln, dass sie mehrere Stunden unter Wasser bleiben können, ohne zu atmen. Das können Delfine, Wale und Seekühe nicht. Sie gehören nämlich zu den Säugetieren und wie alle Säugetiere müssen sie permanent eine konstant hohe Körpertemperatur aufrecht erhalten, wofür ein hoher Stoffwechsel und somit auch viel Sauerstoff benötigt wird. Diese Tiere müssen folglich auch im Schlaf alle paar Minuten zum Atmen an die Wasseroberfläche. Die Lösung bei diesen Arten besteht darin, dass immer nur eine ihrer beiden Gehirnhälften schläft und die andere wach ist.
Dabei wechseln sich die beiden Gehirnhälften regelmäßig ab. Somit ist immer eine Gehirnhälfte aufmerksam und kann sowohl die regelmäßige Atmung steuern als auch Gefahren erkennen, während sich die andere erholt. Da stellt sich natürlich die Frage, ob Delfine auch träumen können.
Messungen der Gehirnaktivität legen die Vermutung nahe, dass die schlafende Gehirnhälfte nicht träumt.