Третью и четвёртую стадии часто объединяют под названием дельта-сна. В это время человека разбудить очень сложно, также возможны приступы лунатизма, которые не фиксируются в памяти. Первые четыре медленноволновые стадии сна в норме занимают 75—80% всего периода сна. Дельта-сон является периодом глубокого сна. В фазе «медленного» сна снижается количество ударов сердца в минуту, по сравнению с состоянием бодрствования, дыхание становится более медленным, мышцы расслабляются. Именно в этой фазе организм отдыхает и восстанавливается. Разбудить человека, когда он находится в данной фазе сна, бывает довольно трудно, а, проснувшись, он не будет помнить своих сновидений.
Интересны результаты изучения «медленного» сна у некоторых животных: если при первых признаках состояния сна (появления соответствующего ритма на электроэнцефалограмме) животное разбудить, то после этого разные участки его мозга на короткие периоды времени впадают в сон, и при этом сохраняется общее состояние бодрствования. То есть, мозг «отдыхает» разными своими частями. Чтобы восстановиться физически, человеку достаточно 3—4 часов «медленного» сна. Таким образом, сохранившиеся свидетельства о жизни некоторых великих людей, где утверждается, что они спали не более 3—4 часов в сутки, звучат вполне убедительно. Интересно, что этот этап сна, характеризующийся глубиной и отсутствием сновидений, отмечался в различных мистических учениях. Его определяли в качестве учения, позволяющего «войти» в самые потаенные слои сознания. Так, Свами Рама считал, что вселенское сознание может проникнуть именно в этот период сновидения. При этом состояние самости, которое присуще бодрствующему сознанию, исчезает, а неосознанное, индивидуальное временно оставляет разум человека. После дельта-сна и нахождении в нем 30—40 минут вы возвращаетесь во вторую стадию.