L’éveil est produit par une interaction complexe entre plusieurs systèmes de neurotransmetteurs apparaissant dans le tronc cérébral et ascendant à travers le mésencéphale, l’hypothalamus, le thalamus et le cerveau antérieur basal. L’hypothalamus postérieur joue un rôle clé dans le maintien de l’activation corticale qui sous-tend l’éveil. Plusieurs systèmes provenant de cette partie du cerveau contrôlent le passage de l’éveil au sommeil et du sommeil à l’éveil. Les neurones histaminiques du noyau tubéromammillaire et de l’hypothalamus postérieur adjacent à proximité se projettent sur l’ensemble du cerveau et constituent le système le plus sélectif jusqu’à présent identifié dans le cerveau. Un autre système clé est celui fourni par les neurones projetant les orexines (également appelées hypocrétines). Ceux-ci existent dans les zones adjacentes aux neurones histaminiques et, comme eux, se projettent largement dans la plupart des zones du cerveau et s’associent à l’excitation. Une carence en orexine a été identifiée comme responsable de la narcolepsie.

La recherche suggère que les neurones orexine et histamine jouent des rôles distincts, mais complémentaires, dans le contrôle de l’éveil, l’orexine étant plus impliquée dans le comportement éveillé et l’histamine dans la cognition et l’activation de l’EEG cortical.

Il a été suggéré que le fœtus n’est pas éveillé, l’éveil se produisant chez le nouveau-né en raison du stress de la naissance et de l’activation associée du locus coeruleus.