我们过去认为，身体的昼夜周期只受外部世界的引导。早晨的阳光会唤醒我们，而月亮则是我们入睡的线索，甚至直到1970年代中期，许多科学家仍对昼夜节律在生物学领域的重要程度不屑一顾。虽然早在1700年就知道植物本身有内部时钟，但很难证明动物和人类的昼夜周期是受到内部、而不是外部驱动的。一般的看法是，人类是更进化的生物，必然是受到除了日、月之外的外在环境因素驱动。
植物实验非常容易，放置在黑暗地下室中的植物，每天仍会以特定周期伸展枝叶。许多植物会在白天开展叶片，吸收更多的日照能量，在夜间闭合以免浪费能量。同样的，许多花朵只在白天开花，因为有蜜蜂和鸟类帮忙传授花粉，但有些植物，像我外祖父母家附近的茉莉花树，则在夜间开花，这些植物是靠风、而不是其他动物来授粉。
下一组研究难度要大得多，科学家从昆虫、鸟类和动物着手研究。他们研究了幼虫变成果蝇的时间，这是有昼夜周期的，因为只发生在早晨、风少、而且湿度大的时候。他们研究鸟类的迁徙模式和其他动物的清醒模式，也研究受控环境下的实验老鼠，当它们长期处于黑暗之中，没有任何外部的时间提示时，其觉醒和睡眠周期还是如时钟一样精准，为23小时45分钟。同样的，许多植物和真菌的生物时钟接近，但并非完全是二十四小时。
在1950年代，研究人员想出了办法，他们发明了一个简单的电话，让一名志愿参与者只能和外界的某一人联络。参与者深入安地斯山脉的一个山洞里，随身只带必要的粮食、蜡烛和足以打发几个星期的书籍。每当他感到有睡意时，就会打电话给联络窗口，由对方记录下时间，醒来时也比照办理。研究显示，他在洞穴中的睡眠/觉醒周期连续数周都像时钟一样精准，只有每天上床睡觉时间稍有推迟，这代表他的生理时钟比二十四小时稍长。事实上，他的醒睡周期正好是24小时15分钟，他的周期很规律，因此必然是由内部生理时钟所控制。
昼夜周期不完全是二十四小时，这并不足为奇，因为世界上大多数地区，从日出到下一个日出的时间都并非正好为二十四小时。由于地球相对于垂直轴稍微倾斜，因此在绕太阳运行时，北半球或南半球一年当中会有某些时间，将面对较长的日照时间。一年当中随着白天逐渐变长或变短，日出和日落的时间也会发生变化。在赤道，变化很小，但是，如果你住在波士顿、斯德哥尔摩、或墨尔本，每天日出时间的变化可能会多达几分钟。越到夏天日光时间变长时，内部生理时钟会在更早一点的时间(正好是太阳升起时)唤醒我们。当我们飞行跨越不同的时区时，我们的睡眠/觉醒周期会慢慢适应新的时区。这一些例子只是用来说明为什么人体有内部生理时钟，以及自身调整机制与日出时间或白天长度变化有关。一旦确认这一点之后，科学家就能推测昼夜周期与光照有关，或可与之同步。
早在在我们一早醒来之前，内部时钟就已经为身体苏醒做好准备了。它开始停止松果体(pineal gland)分泌睡眠褪黑激素(melatonin)。随着血压略微升高，我们的呼吸会变得稍快，每分钟心跳也会加快一些。甚至在睁开眼睛之前，身体核心体温也会升高半度。
我们的整体健康状况取决于日常的昼夜节律。身体健康代表你可以睡得安稳，一早醒来之后感到有了充分休息、精神焕发，可以正常排便，清除夜间累积的毒素，同时感觉专注、通体舒畅，也会想吃早餐。我们睁开眼睛不久之后，肾上腺会分泌更多的压力贺尔蒙皮质醇(stress hormone cortisol)，好帮助我们快速完成晨间例行公事，胰腺也准备好释放胰岛素来消化早餐。
经过一夜好眠和营养的早餐之后，大脑为一天前半段的学习和工作做好准备。到了下午，身体健康的你可以完成足够的工作，满意自己努力的成果(若你前一天晚上睡不安稳，可能会觉得自己浪费了一整天)。随着时间过去，肌肉张力在一天结束时达到高峰。夕阳西下、傍晚来临时，我们的体温开始下降，帮助睡眠的褪黑激素开始上升，身体也准备入睡。
到了晚上，身体健康的你可以逐渐放松、感到疲倦、可以轻易进入深度睡眠状态。睡眠不是大脑关闭的预设模式，事实上，我们在睡觉时，大脑非常忙碌，它会根据我们白天吸收的感官资讯来巩固记忆，在不同神经元之间创造新的突触或连接，备份这些资讯。大脑在夜间也会分泌大量激素，睡眠褪黑激素在大脑的松果体中产生，人类生长激素也是在睡觉时分泌的。事实上，睡眠不足的人分泌的生长激素较少，对儿童来说影响很大，因为睡眠不足会造成重要的生长激素分泌量减少，阻碍发育。
到了晚上，大脑也会排毒。白天，脑细胞吸收和处理营养物质，进而产生无用、有毒的副产品，这些毒素在我们睡觉时会被清理干净，并透过神经新生过程产生新的脑细胞。因此，人体大脑就像办公室一样，当你一早进入办公室时，不会感觉有人帮你通宵工作，不过却发生了很多事，垃圾被清除了、维修人员可能进来升级伺服器或更换灯泡，一切工作照常进行，让你可以开始崭新的一天。
