I periodi di vigilanza e sonnolenza nell'arco delle 24 ore sono determinati principalmente dal ritmo circadiano, un meccanismo biologico regolato dal nucleo soprachiasmatico dell'ipotalamo. Il ritmo interno viene regolato da fattori esterni; in primis dalla luce ambientale, ma anche dall'attività fisica. Se il ritmo circadiano interno si desincronizza rispetto al ritmo esterno, l'individuo avvertirà il bisogno di consumare il "periodo principale di sonno" (che in una persona sana coincide col sonno notturno) in orari inappropriati, e rimarrà sveglio e vigile durante la notte. L'ESD in questo caso sopravviene per una duplice motivazione: 1) perché il ritmo circadiano del paziente lo invita ad addormentarsi in orari inappropriati e 2) perché il paziente, tentando di mantenere uno schema sonno-veglia normale, va incontro a privazione di sonno.