به‌نظر نمی‌رسد همه آب‌بازسانان توانایی خواب تک نیمکره‌ای را داشته باشند. برخی از آن‌ها از خواب دو نیمکره‌ای استفاده می‌کنند که در آن درست مانند انسان‌ها و بیشتر پستانداران دیگر، هر دو نیمکره مغز به خواب می‌رود.
اندازه‌گیری فعالیت مغز حیوانات دریایی مانند نهنگ عنبر، نهنگ آبی و نهنگ گوژپشت که نمی‌توانید آن‌ها را بگیرید، سخت است. در این صورت، سوابق رفتاری بهترین شاخص رفتار خواب در آن‌ها است و پژوهشگران می‌توانند برچسب‌های خاصی را روی حیوانات بچسبانند تا بر رفتار آن‌ها نظارت کنند.
نهنگ‌های عنبر زیر آب به‌صورت عمودی می‌خوابند
در مطالعه‌ای از سال ۲۰۰۸ به سرپرستی میلر، پژوهشگران برچسب‌های مکشی را روی نهنگ‌های عنبر (Physeter macrocephalus) چسباندند و نشان دادند آن‌ها در دوره‌های کوتاه در اقیانوس می‌خوابند. نهنگ‌ها شیرجه‌های کم‌عمقی زیر سطح آب می‌زنند، سرعت شنای خود را تا حد توقف کاهش می‌دهند و به‌آرامی رو به بالا قرار می‌گیرند.
موقعیت رو به بالای نهنگ‌ها در هنگام خواب احتمالاً ناشی از وجود روغن شناور یا اسپرماستی در سرهای آن‌ها است. هنگام خواب، کل گروه نهنگ‌ها را می‌توان به شکلی که پوزه‌شان رو به بالا است، درست زیر سطح آب اقیانوس دید. در این مدت، حیوانات کاملاً بدون واکنش هستند که نشان می‌دهد در نوعی خواب عمیق به سر می‌برند. با‌این‌حال، این حیوانات می‌توانند فقط حدود ۲۰ دقیقه زیر آب استراحت کنند و باید برای گرفتن هوا به سطح برگردند. وقتی نهنگ نفس می‌گیرد، برای استراحت بیشتر دوباره زیر سطح می‌رود و ممکن است این رفتار را تا ۳٫۵ ساعت ادامه دهد.
وقتی فک فیلی شمالی (Mirounga angustirostris) می‌خوابد، هر دو نیمکره مغز به خواب می‌روند و در دوره‌های کوتاهی چرت می‌زند. جسیکا کندال‌بار، پژوهشگر مؤسسه اقیانوس‌شناسی اسکریپس دانشگاه کالیفرنیا در مطالعه‌ای که سال ۲۰۲۳ منتشر شد، برای اولین بار فعالیت مغز یک پستاندار خواب را در دریا تحت نظارت قرار داده بود.
کندال‌بار و همکارانش دریافتند که فک‌ها به عمق حدود ۳۰۰ متر شیرجه می‌زنند، در اینجا مغز آن‌ها کند می‌شود و وارد خواب با حرکت سریع چشم (REM) می‌شوند. آن‌ها وقتی در خواب REM می‌روند، وارونه می‌شوند و درحال خواب به آرامی دایره‌وار می‌چرخند. کندال‌بار در ویدئویی در یوتیوب توضیح داده بود: «فک‌ها در اقیانوس در کل خواب REM به شکل وارونه خواب بودند که نشان می‌دهد مانند انسان‌ها، آن‌ها نیز در طول خواب REM فلج می‌شوند.»
فک‌های فیلی احتمالاً به‌دلیل خطر شکار شدن، کل زمان خواب خود را در دریا به حدود دو ساعت در روز محدود می‌کنند و رقیب رکوردار کمترین خواب در میان پستانداران هستند که درحال‌حاضر فیل آفریقایی است که حدود دو ساعت در روز می‌خوابد.