מחזורי שינה הם תהליכים פיזיולוגיים שמתרחשים במהלך הלילה ובמהלכם עובר הגוף מספר שלבים שונים של שינה. כל מחזור שינה נמשך בממוצע בין 90 ל-120 דקות, ובמהלך הלילה הגוף עובר מספר מחזורי שינה, בדרך כלל בין 4 ל-6 מחזורים. כל מחזור כולל שלבים של שינה קלה, שינה עמוקה ושינת REM (Rapid Eye Movement), שהיא השלב שבו מתרחשים רוב החלומות.
במהלך השינה הקלה, התחושות שלנו מתחילות להיטשטש ואנחנו מתקרבים לשינה עמוקה. בשלב השינה העמוקה, הגוף מתאושש מבחינת פיזית, והשרירים מרפים, הלב והנשימה מאטים, מה שמסייע בשיקום ותיקון תהליכים בכל הגוף. בשלב REM, המוח פעיל מאוד, וכאן מתרחשים תהליכי זכירה ועיבוד מידע, שאותם אנחנו חווים כחוויות חלום.
חשיבותם של מחזורי שינה מתגלה במגוון תחומים.