熬夜对大脑的伤害不可逆，即使进行恢复性睡眠，仍然与夜间睡眠有本质区别。夜间的深睡眠不能经过白天的睡眠进行补充和恢复。所以熬夜对大脑的伤害不可逆，最重要的表现是精力和体力恢复比较差。
白天的睡眠中没有深睡眠，所以如果夜间的深睡眠受损，白天的恢复性睡眠不能更好恢复精力和体力，会出现认知功能受损。尤其是一些坏蛋白，如Aβ蛋白，经过睡眠能够清除。如果没有及时睡眠，这些坏蛋白就会沉积在脑内，影响到学习和记忆的功能，以至于产生阿尔茨海默式痴呆。
部分基因的编码也会出现异常，如肿瘤基因、心血管病基因、炎症因子的基因等，其活性会明显增加。而免疫功能的基因反而会降低，皮肤老化也快，而且白天睡眠也不能够分泌生长激素，造成不长高等严重损害。
