Secara sederhana, microsleep terjadi karena otak memasuki kondisi istirahat atau tidur saat tubuh masih beraktivitas dalam kondisi terjaga.
Hal ini disebabkan otak tidak dapat bertahan di antara rasa lelah dan kondisi terjaga. Meskipun demikian, tidak semua bagian otak tertidur.
Suatu studi menemukan bahwa gejala microsleep diakibatkan berkurangnya aktivitas otak bagian thalamus yang berperan dalam meneruskan respons ke bagian anggota gerak.
Thalamus juga berperan dalam mengatur mekanisme tertidur sehingga adanya penurunan aktivitas dapat dengan mudah membuat seseorang tertidur.
Di sisi lain, bagian otak yang memproses stimulus dari saraf tetap bekerja dan mengalami peningkatan aktivitas sehingga menyebabkan lobus parietal otak menjadi bagian utama untuk mengembalikan kesadaran.