看起来，一部分动物睡觉时会做梦，另一些动物无此机能，例如扁盘动物有昼夜节律但没有神经细胞。
二十世纪五十年代以来，人们在一些爬行类、鸟、哺乳类睡眠时记录到的一部分脑活动与这些动物清醒时从事特定行为时记录到的脑活动高度相似。上述实验现象和人做梦时的实验现象一样，可以合理推测参与实验的动物个体会做梦，一般考虑可推广到这些个体所属的物种。
二十世纪九十年代，Kimberly Mukobi 发现接受过美国手语（American Sign Language，ASL）训练的黑猩猩偶尔会在睡眠状态做出明确无误的 ASL 手势。她观察到黑猩猩 Loulis 在半夜做出“好”的手势，黑猩猩 Washoe 做出“咖啡”的手势。
2000 年，研究人员检测鸟的运动皮层活动，发现鸟睡眠时可能在“回放”清醒时的鸣叫[1]。2010 年的一项研究认为鸟在鸣叫方面的学习和调节与睡眠有关[2]，2022 年的一项研究也如此[3]。
2001 年，麻省理工学院脑与认知科学副教授威尔逊和生物学研究生肯维·路易训练老鼠沿着迷宫中的圆形轨道奔跑来获得食物奖励，并检测老鼠的脑活动。老鼠奔跑时，它的海马体会出现一种独特的神经元放电模式。人的大多数梦发生在快速眼动睡眠期间，研究人员检测老鼠睡觉时记录的 45 多次快速眼动睡眠，发现海马体在其中 20 次快速眼动睡眠中的活动模式与清醒老鼠奔跑时记录到的活动模式相似，其模式可以跟清醒时奔跑经过的位置对应起来，“播放”速度与老鼠清醒时经历的速度大致相同或略慢——看起来，老鼠正梦到自己在迷宫里奔跑[4]。
2006 年，一项研究发现老鼠睡觉时海马体位置细胞的活动似乎在反向播放清醒时的行为序列[5]。2009 年，一项研究发现老鼠睡觉时的此类神经活动并不总是有严格的顺序[6]。
2015 年，伦敦大学学院研究人员向老鼠展示食物，发现老鼠睡觉时海马体位置细胞的活动似乎在规划如何获取食物[7]。在探索一块区域后，海马体可能会在动物睡眠期间重演自己在特定地点的活动模式，并预测在尚未进入的区域里与感兴趣的东西互动的状况。
用低级一些的技术，你可以检测脑的 PGO 波（人快速眼动睡眠期间与做梦统计相关的脑电波，一些学者认为它触发人做梦）和 θ 振荡（与人做梦统计相关的脑电波活动模式，4 到 12 赫兹），二者在脊椎动物中广泛存在[8] [9]。当然，将这作为梦的证据是间接的。
更多物种还没做过这类实验，但睡眠时的肢体运动看起来也像在跟食物或周围环境互动，例如章鱼——当然，章鱼的变色模式更明显[10]。
在演化上可以给梦找些功能，那支持梦在动物界广泛存在[11]。不过，没有神经的动物不在其中，多孔动物、刺胞动物等的神经构造也不像会支持做梦。
