꿈이 형성되는 방식에 대한 가장 좋은 설명 중 하나는 1977년에 Hobson과 McCarley에 의해 처음 제안된 활성화-합성 모델일 것이다. 이는 꿈 수면이 생리학적으로 결정되고 생리학적 및 수학적으로 모델링할 수 있는 뇌간 신경 메커니즘에 의해 형성된다는 것을 시사한다. 꿈 이론에 강력한 의미를 갖는 생성기 프로세스의 형식적 특징으로는 전뇌 활성화의 주기성과 자동성이 있으며, 이는 수면 중 꿈의 정신 작용을 위한 미리 프로그래밍된 신경 기반임을 시사한다. 망상, 안구 운동 및 전정 신경을 포함한 뇌간 감각 운동 회로의 강렬하고 산발적인 활성화는 꿈 이미지의 시공간적 측면을 결정할 수 있으며, 전달자 비율의 변화는 꿈 기억 상실을 설명할 수 있다. 이들은 자동으로 활성화된 전뇌가 특정 뇌간 회로에서 생성된 정보를 기억에 저장된 정보와 비교하여 꿈을 합성한다고 제안한다. 이 이론은 이후 새로운 발견에 따라 수정되고 개선되었다.
그러나 일반적인 아이디어는 꿈이 두 단계 과정이라는 것이다. 뇌간에서 시작된 활성화에 이어 (대부분 시각적인) 스토리의 합성이 뒤따른다. 꿈은 일반적으로 빠른 눈 움직임(REM)을 동반하는데, 이는 뇌간(눈 근육을 제어하는 뉴런 근처)에서 활동이 증가하여 뇌로 활동을 보내고 궁극적으로 시각 정보를 처리하는 피질 영역으로 보낸다. 이러한 전기적 활동 중 일부는 편도체와 감정 표현과 두려움 반응을 제어하는 구조인 변연계의 다른 영역을 자극한다. 꿈의 내용과 관련된 인지적 처리에는 대뇌피질이 중요한 역할을 한다. 특히, 전두엽과 두정엽이 활성화되며, 이들 영역은 현실 검증, 사고, 의사결정과 관련된 역할을 한다. 꿈에서 인지적 정보가 조합되거나 문제 해결의 형태로 나타나는 것은 대뇌피질의 활동 덕분이다. 편도체는 꿈의 감정적 요소와 관련된 중요한 역할을 한다. 편도체는 감정 반응을 처리하는데 핵심적인 역할을 하며, 꿈에서 감정적으로 강렬한 경험을 생성하는 데 관여한다. 연구에 따르면, 꿈에서의 감정은 종종 현실에서의 감정적 경험을 반영하며, 이는 기억을 통합하고 정리하는 데 중요한 역할을 한다. 뇌간에서 시작되어 상위 뇌 체계로 공급되는 신경 활동은 매우 무작위적이다. 그런 다음 뇌는 들어오는 무작위 자극을 들어오는 신경활동에서 항상 하는 것처럼 처리하여 꿈으로 경험하는 일관된 이야기로 처리하려고 시도한다. 꿈을 꾸는 동안 외부 세계의 감각 입력은 적극적으로 차단되고, 또한 운동 출력(눈 근육 제외)도 차단되어 꿈을 행동으로 표현하지 않는다.
꿈 생성에 대한 최근 제안된 또 다른 설명은 꿈과 REM 수면이 서로 독립적으로 발생할 수 있는 분리 가능한 상태라는 것이다. REM은 뇌간에서 제어되는 반면 꿈은 전두엽 내부의 도파민 방출에 의해 제어된다. 이 개념은 꿈이 도파민을 모방하는 약물에 의해 시작될 수 있고 도파민을 차단하는 약물에 의해 중단될 수 있으며 REM의 빈도나 지속 시간에는 아무런 변화가 없다는 사실에 의해 뒷받침된다. 더욱이 전뇌의 손상만으로도 REM의 존재에 아무런 영향을 미치지 않고 꿈을 망칠 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 발견을 종합해보면, 도파민 뉴런이 전뇌로 투사되는 것이 꿈 생성의 원인임을 알 수 있다. REM을 제어하는 뇌간 시스템은 아마도 이 전뇌 도파민 시스템을 활성화하는 트리거가 될 것이다. 이 도파민 투사는 중뇌피질-중뇌번연계 도파민 시스템이라고 하며, 이 시스템의 기능에 대해 알려진 바를 감안할 때, 감정적 충동과 동기가 꿈의 내용을 생성하는데 관여한다고 제안된다.
꿈 생성에 있어서 뇌에서 중요한 역할을 담당하는 부분은 해마이다. 꿈은 주로 최근에 경험한 사건들과 과거의 기억이 혼합되어 나타나는데, 해마는 낮 동안 수집된 정보를 저장하고, 수면 중에 이를 재활성화 한다. 이 과정에서 해마는 꿈에서의 시나리오를 만드는 데 필요한 기억 요소를 제공한다. 또한 REM 수면 중 해마는 대뇌피질과 상호작용하며, 이때 기억의 재구성 및 강화가 이루어진다. 이러한 상호작용은 꿈이 일종의 시뮬레이션으로 작용해, 경험을 재조합 하거나 의미를 부여하는 데 기여한다. 해마는 감정적 경험 처리도 담당하는데 편도체와 협력하여 감정적으로 중요한 사건들을 저장하고 처리한다. 꿈에서 이러한 감정적 요소가 재생되며, 감정의 처리와 정리가 이루어진다. 이는 특히 스트레스나 트라우마와 관련된 꿈에서 두드러지며, 이러한 꿈이 감정적 안정화에 기여할 수 있다. 해마는 단순히 과거의 기억을 재현하는 것에 그치지 않고 미래에 발생할 수 있는 시나리오를 상상하거나 시뮬레이션 하는 데도 관여한다. 이러한 과정을 통해 뇌는 문제 해결이나 위험 대비를 연습할 수 있다. 해마가 손상되면 꿈의 구조와 내용이 변화할 수 있다. 예를 들어, 해마 손상 환자는 꿈에서 명확한 내러티브나 기억에 기반한 시나리오가 줄어드는 경향을 보이며, 이는 해마가 꿈의 서사적 구성에 필수적임을 나타낸다.