vakenhet produceras genom en komplex interaktion mellan flera neurotransmittorsystem som uppstår i hjärnstammen och stigande genom mellanhjärnan, hypotalamus, thalamus och basal framhjärna. Den bakre hypotalamusen spelar en nyckelroll i upprätthållandet av den kortikala aktiveringen som ligger till grund för vakenhet. Flera system med ursprung i denna del av hjärnan styr övergången från vakenhet till sömn och sömn till vakenhet. Histaminneuroner i tuberomammillärkärnan och närliggande intilliggande bakre hypotalamus projicerar till hela hjärnan och är det mest vakna selektiva systemet hittills identifierat i hjärnan. Ett annat nyckelsystem är det som tillhandahålls av orexinerna (även kända som hypokretiner) som projicerar neuroner. Dessa finns i områden som gränsar till histaminneuroner och som dem projicerar i stor utsträckning till de flesta hjärnområden och associerar med upphetsning. Orexinbrist har identifierats som ansvarig för narkolepsi.

forskning tyder på att orexin och histaminneuroner spelar distinkta men komplementära roller för att kontrollera vakenhet med orexin som är mer involverad i vakande beteende och histamin med kognition och aktivering av kortikal EEG.

det har föreslagits att fostret inte är vaken, med vakenhet som förekommer hos nyfödda på grund av stressen att bli född och tillhörande aktivering av locus coeruleus.