Os cães sonham durante a fase REM do sono, assim como os humanos. Há evidências de que eles sonham com suas atividades diárias. Eles costumam se contorcer, vocalizar e respirar de maneira diferente enquanto sonham.
De acordo com o Dr. Stanley Coren, os cérebros caninos são semelhantes em estrutura aos cérebros humanos e provavelmente têm sonhos semelhantes. Os cientistas estudaram os sonhos caninos observando a atividade elétrica de seus cérebros enquanto dormem. Em um estudo, os cientistas bloquearam a parte do cérebro que impede os cães de se moverem durante o sono. Eles observaram que os cães desempenhavam atividades rotineiras, como caçar ou brincar, apesar de estarem dormindo.
Estudos científicos em ratos apoiam ainda mais essas conclusões. Os ratos têm uma estrutura cerebral menos avançada do que os cães, mas acredita-se que tenham sonhos muito detalhados. Os cientistas estudaram a atividade elétrica do cérebro dos ratos depois que eles navegaram em um labirinto no início do dia. Os pesquisadores descobriram que a atividade elétrica do cérebro de um rato adormecido era muito semelhante às suas ondas cerebrais durante a execução dos labirintos. Uma vez que isso foi tão claramente comprovado em ratos, é seguro concluir que os cães também sonham.
Assim como os humanos, os cães precisam atingir um estágio profundo de sono antes de sonhar. Isso geralmente leva cerca de 20 minutos a partir do momento em que o cão adormece. Os cães nem sempre mostram sinais facilmente observáveis de que estão sonhando, mas, ao examinar atentamente, é possível ver seus olhos se movendo rapidamente.