Le sommeil paradoxal (REM) est la phase du sommeil associée aux rêves, à la consolidation mémorielle et à la régulation émotionnelle. Le CBD module le sommeil paradoxal de manière dose-dépendante : à faibles doses (15-25 mg), il peut augmenter l'éveil ; à doses modérées à élevées (75-300 mg), il favorise le sommeil et réduit la latence d'endormissement.
Le CBD est particulièrement étudié pour le trouble du comportement en sommeil paradoxal (RBD), caractérisé par des mouvements violents et des vocalisations pendant le sommeil REM. L'étude de Chagas et al. (Journal of Clinical Pharmacy and Therapeutics, 2014) a montré une réduction rapide et substantielle des symptômes RBD sous CBD chez 4 patients parkinsoniens. Le CBD influence le sommeil via les récepteurs 5-HT1A (noyaux du raphé), adénosine A2A et CB1 hypothalamiques, modulant les cycles veille-sommeil sans les effets résiduels des hypnotiques classiques.