Третья фаза медленного сна соответствует так называемому глубокому сну, во время которого нас сложно разбудить, потому что тело все больше и больше отрезает нас от внешнего окружения. Эта фаза характеризуется длинными и широкими электрическими волнами и замедленной активностью жизненных функций, а именно замедлением сердечного и дыхательного ритма, снижением температуры тела и исчезновением активности мышц и движений глаз. Но также в этой фазе можно зафиксировать усиление производства гормонов, что позволяет помимо прочего повысить эффективность иммунной защиты, а также закрепить информацию в памяти. Глубокий сон — это, собственно, и есть восстановительный сон (физическое, умственное, эмоциональное, энергетическое восстановление). Он представляет собой 40 % цикла, то есть около 35 минут. Его продолжительность уменьшается постепенно в течение ночи, а также и с возрастом, в пользу 2-й фазы и парадоксального сна.