يعود الاهتمام العلمي بالأحلام إلى أوائل القرن العشرين منذ ظهور تفسيرات سيغموند فرويد. مع ذلك، بقي علم أعصاب الأحلام مُساء فهمه حتى ظهور الفوارق الحديثة. وفرت المعلومات المتاحة عبر تقنيات تصوير الدماغ الحديثة أسسًا جديدة لدراسة الدماغ الحالم. قدمت الحدود التي وفرتها هذه التقنية فهمًا متغيرًا باستمرار للحلم؛ ما يزال هنالك أسئلة حول وظيفة الأحلام ومحتواها حتى الآن.
أبلغ جورج همفري وأوليفر زانغويل عن الملاحظات الأولية لعلم أعصاب الأحلام في عام 1951. أشار تقريرهما إلى حالتين من إصابات الدماغ الناتج عنها توقف أحلام كامل أو جزئي. عانى كلا المريضين من تلف في المناطق الجدارية الخلفية، إذ شملت واحدة منها الجانب الأيسر من المناطق الجدارية القذالية. شملت الآثار الإضافية العمى الشقي، ونقص التخيل التصويري (في حالة اليقظة) واضطرابات في الذاكرة البصرية. أفاد المريضان بقتامة صورهم المرئية وصعوبة استحضارها. على الرغم من عرض همفري وزانغويل لحالتين فقط في تقريرهما، إلا أنهما قدما أفكارًا أولية حول المكونات العصبية للأحلام، وخاصة ارتباط مناطق الدماغ الأمامي والربط بين التصوير المرئي والقدرة على الحلم.