Asetilkolin bir nörotransmitterdir yani beyin hücreleri arasında bilgi taşıyan bir kimyasaldır. Rüyalar genellikle uykunun REM evresinde olur. Bu aşamada ve tam uyanıklık anında asetilkolin seviyesi yüksektir. Eksikliğinin etkilerini gözlemleyerek bilim adamları asetilkolinin uyumak, rüya görmek, öğrenmek ve hafıza için gerekli olduğunu öğrenmiştir. Sağlıklı bir diyet gerekli asetilkolin seviyesi için yeterlidir ama lesitin ve B vitamini içeriği yüksek gıdalar tüketmek daha keskin rüyalar görmeyi sağlar.

Sağlıklı bir uyku 5 evreden oluşur ve tam bir döngü 90 dakikada tamamlanır. İlk evre uyku ve uyanıklık arasındadır. İkinci evrede uyku derinleşmeye başlar. Üçüncü ve dördüncü evre huzurludur, beyin dalgaları yavaştır. REM evresinde rüyaların çoğunluğu görülür. Beyne kan akışı artar, gözler hareketlidir ve beyindeki elektriksel aktivite uyanıklık haline benzer.

Asetilkolin uyku, rüya görme, öğrenme ve hafızayla ilgili bir nörotransmitterdir. Beyin dalga frekansları ölçüldüğünde REM evresi ile uyanık olma hali birbirine çok benzer çıkar. İki durumda da asetilkolin seviyesi yüksektir ve beyin aktif bir şekilde bilgi işler. Alzheimer hastalarında ise asetilkolin üreten beyin hücreleri en önce ölür. Bu sebeple hastalarda uykunun REM evresi önemli derecede kısalır. Asetilkolin eksikliği uykuyu ve rüya görme düzenini bozar, bilgi edinme ve bağlantılı anılar oluşturma yeteneğini azaltır.

Diyetle daha fazla asetilkolin alınması daha canlı ve keskin rüyalar görmeyi sağlayabilir ancak takviyelerle bunları almak kabusların artışına da yol açabilir. Deniz ürünleri, süt ürünleri ve yumurta, yeşil yapraklı sebzeler ve bakliyat vücudun lesitin alımını artırır. Yine deniz ürünleri, yumurta, fasulye, brokoli, karnabahar, süt ürünleri ve yemişler B vitamini açısından zengin olan gıdalardandır.

Uykunun biyokimyası üzerine çok şey bilinse de rüya görmenin akıl sağlığı ve fiziksel sağlık için neden çok gerekli olduğu henüz kesinleşmiş değildir. Bazı araştırmacılar rüya görmekle beynin önemsiz bilgileri sildiğini ve bu sayede önemli olanların öne çıktığını savunur. Bazıları ise rüyalar sayesinde bilinçaltının, bilince seslenebildiğini söylerler.