Uma onda delta é um tipo de onda cerebral observada durante o sono do Estágio Três, também conhecido como sono de ondas lentas ou sono profundo. Acredita-se que esse estágio do sono seja importante para a função fisiológica. Estudos mostraram, por exemplo, que após a privação de sono, as pessoas experimentam mais sono no Estágio Três, como se seus cérebros estivessem tentando compensar o período de privação. As pessoas também tendem a ficar extremamente confusas quando são acordadas desse estágio do sono, indicando que a consciência estava muito longe do mundo desperto.
Como outras ondas cerebrais, a onda delta pode ser identificada em um eletroencefalograma, no qual a atividade elétrica no cérebro é registrada com sensores no couro cabeludo. As ondas delta são caracterizadas por sua alta amplitude e baixa frequência, parecendo marcadamente diferentes de outras ondas cerebrais, como as ondas gama. Uma onda delta tem uma amplitude de um a quatro Hertz e uma frequência que ocorre cerca de seis vezes por segundo.
Em pessoas saudáveis, as ondas delta não são observadas em um cérebro acordado. No entanto, pessoas intoxicadas por certas substâncias ou em estado de delírio podem ter atividade de ondas delta mesmo quando acordadas, e alguns tipos de doença mental são caracterizados pela presença de ondas delta no cérebro em vigília também. Adultos com demência também podem demonstrar atividade de ondas delta durante as horas de vigília, como foi demonstrado em estudos do cérebro desses indivíduos.
Durante o sono, a atividade das ondas delta ocorre durante o sono REM. Diz-se que as pessoas estão em sono de ondas profundas ou lentas quando pelo menos 20% da atividade cerebral consiste em ondas delta. Nesse estado, o nível de estímulo sensorial necessário para despertar quem dorme é muito alto. Toque leve ou ruídos suaves podem não conseguir acordar alguém, pois as pessoas geralmente precisam de ruídos altos, luzes fortes ou um toque firme, como tremores. Uma vez excitado, o dorminhoco frequentemente parece grogue e desorientado.
As pessoas que têm problemas de sono podem ser orientadas a participar de um estudo do sono, no qual a atividade cerebral e outros processos fisiológicos são monitorados durante a noite em um laboratório do sono. Durante o estudo, o paciente usa um equipamento que registra os processos fisiológicos e transmite os resultados para uma estação de monitoramento. Observando itens como atividade cerebral, frequência respiratória e frequência cardíaca, o médico pode explorar por que o paciente está tendo dificuldades para dormir e fazer recomendações para ajudá-lo a dormir melhor.