Wachheit wird durch eine komplexe Wechselwirkung zwischen mehreren Neurotransmittersystemen erzeugt, die im Hirnstamm entstehen und durch Mittelhirn, Hypothalamus, Thalamus und basales Vorderhirn aufsteigen. Der hintere Hypothalamus spielt eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der kortikalen Aktivierung, die dem Wachzustand zugrunde liegt. Mehrere Systeme, die aus diesem Teil des Gehirns stammen, steuern den Übergang von Wachheit in Schlaf und Schlaf in Wachheit. Histamin-Neuronen im Nucleus tuberomammillaris und in der Nähe des angrenzenden hinteren Hypothalamus projizieren auf das gesamte Gehirn und sind das Wake-selektivste System, das bisher im Gehirn identifiziert wurde. Ein weiteres Schlüsselsystem ist das der Orexine (auch bekannt als Hypocretine), die Neuronen projizieren. Diese existieren in Bereichen neben Histamin-Neuronen und projizieren wie sie weit auf die meisten Gehirnareale und assoziieren mit Erregung. Orexinmangel wurde als verantwortlich für Narkolepsie identifiziert.Die Forschung legt nahe, dass Orexin- und Histamin-Neuronen unterschiedliche, aber komplementäre Rollen bei der Kontrolle der Wachheit spielen, wobei Orexin stärker am Wachverhalten und Histamin an der Kognition und Aktivierung des kortikalen EEG beteiligt ist.Es wurde vorgeschlagen, dass der Fötus nicht wach ist, wobei Wachheit beim Neugeborenen aufgrund des Stresses der Geburt und der damit verbundenen Aktivierung des Locus coeruleus auftritt.