Nello "stadio 3" il 20% - 50% di ogni epoca (convenzionalmente un periodo di registrazione EEG di 30 s) deve contenere attività Delta ovvero onde EEG di grande ampiezza (> 75 microvolt) e bassa frequenza (circa 0,5 – 4 Hz). Il tono muscolare in questo stadio è lievemente ridotto e i movimenti degli occhi praticamente assenti. I fusi del sonno possono presentarsi oppure no, mentre sono presenti i complessi K, sebbene spesso siano difficilmente distinguibili dalle onde delta.