Als REM-Schlaf (von englisch rapid eye movement ‚rasche Augenbewegung‘), auch paradoxer Schlaf oder desynchronisierter Schlaf genannt, wird eine Schlafphase bezeichnet, die unter anderem durch schnelle Augenbewegungen bei geschlossenen Lidern gekennzeichnet ist, begleitet von einem verringerten Tonus der Skelettmuskulatur (siehe auch Schlaflähmung) und einem spezifischen Aktivationsmuster im EEG – Thetawellen mit einer Frequenz von 4 bis 8 Hz und langsame Alphawellen. Des Weiteren ist eine rege Beta-Aktivität zu verzeichnen, die sonst eigentlich nur im Wachzustand zu finden ist. Während des REM-Schlafes steigen Blutdruck und Puls wieder an, die in Non-REM-Schlaf-Phasen abgesenkt sind.
Der REM-Schlaf wurde 1953 von Eugene Aserinsky und seinem Professor Nathaniel Kleitman an der University of Chicago entdeckt.