I delfini, come tutti i mammiferi, e gli animali che possiedono un sistema nervoso centralizzato, periodicamente dormono ed essendo completamente acquatici devono farlo in acqua. Poiché il ritmo respiratorio normale dei delfini prevede alcuni atti respiratori alternati con apnee più o meno lunghe e questo ritmo viene mantenuto anche durante il sonno, i delfini dormienti continuano a nuotare, alternando periodi di immersione (apnea) a periodi di emersione (respirazione). Per nuotare, e mantenere la posizione fisiologica corretta, è necessario che il cervello resti attivo. Perciò i delfini dormono con solo una metà del cervello, alternando periodicamente il sonno e la veglia dei due emisferi cerebrali e chiudendo un solo occhio per volta (quello dell'emisfero contro-laterale).

L'attività di un solo emisfero durante il sonno è stata confermata attraverso la registrazione dell'elettroencefalogramma, che differisce tra il sonno e la veglia, e della temperatura, che nell'emisfero dormiente diminuisce sensibilmente (come avviene per tutto il cervello negli animali che dormono con ambedue gli emisferi). Il sonno uniemisferico può durare da pochi minuti fino a diverse ore, con alternanza periodica tra i due emisferi. La quantità di sonno dei due emisferi mediamente si equivale; tuttavia se si impedisce a uno dei due emisferi di dormire (svegliando il delfino ogni qual volta un determinato emisfero si addormenti), l'altro emisfero riesce a compensare la mancanza di sonno solo parzialmente, dimostrando che il meccanismo di controllo del sonno è indipendente nei due emisferi (anche se tra loro coordinato).

Il sonno uniemisferico, con la chiusura di un solo occhio, ha importanti funzioni: permette al delfino di mantenere l'attività motoria per recarsi periodicamente in superficie a respirare, di mantenere il contatto visivo tra delfini dello stesso branco e di mantenere un alto livello di guardia contro i predatori.

La risposta a questa domanda ha impegnato i cetologi, i fisiologi e i biologi per anni finché utilizzando l'elettroencefalogramma (EEG), lo stato delle palpebre e i movimenti oculari è stato possibile dimostrare che le balene e i delfini dormono con metà emisfero cerebrale alla volta. Il motivo è duplice perché mantengono sempre una certa coscienza per monitorare l'ambiente circostante e perché la respirazione non è involontaria (ossia affidata a programmi motori muscolari automatici) ma volontaria ossia devono pensare per respirare. Tuttavia, l'attività motoria dell'animale in queste fasi è comunque rallentata e generalmente galleggiano in superficie.

Infine, una particolarità riguarda i piccoli di orca e tursiope e le loro madri che almeno nella prima fase della vita sembra che riducano moltissimo il periodo del sonno.

Per approfondire si possono consultare alcuni articoli scientifici recenti:

Lyamin OI, Mukhametov LM, Siegel JM, Nazarenko EA, Polyakova IG, Shpak OV, 2002. Unihemispheric slow wave sleep and the state of the eyes in a white whale. Behav Brain Res.; 129(1-2):125-9.

Lyamin O, Pryaslova J, Lance V, Siegel J., 2005. Animal behaviour: continuous activity in cetaceans after birth. Nature; 435(7046):1177