É geralmente realizada à noite e registra as amplas variações biofisiológicas que ocorrem durante o sono. O polissonograma resultante do teste monitora três parâmetros principais: o eletrencefalograma (EEG), o eletro-oculograma (EOG) e o eletromiograma sub-mentoniano (EMG). Outros parâmetros, como fluxo aéreo nasal e bucal, oximetria, eletrocardiograma, movimentos respiratórios, capnografia, sensores de movimento nos membros inferiores e o registro em video do exame, contribuem para o diagnóstico de doenças relacionadas ao sono.