Secondo questa teoria, il tronco encefalico produce segnali elettrici che attivano varie parti della corteccia cerebrale, responsabile di funzioni cognitive di livello superiore come il pensiero, la percezione e la memoria. Questi segnali vengono poi interpretati dalla corteccia nel contenuto dei nostri sogni.

La teoria dell'attivazione-sintesi è una delle principali spiegazioni del motivo per cui sogniamo, sebbene esistano anche altre teorie. Alcuni ricercatori ritengono che i sogni siano un modo per il cervello di elaborare le informazioni e le emozioni della giornata, mentre altri credono che i sogni siano un modo per il cervello di comunicare con la mente subconscia.