Melatonin er et methoxyindol, der syntetiseres og udskilles hovedsageligt af pinealkirtlen om natten under normale lys/mørke-betingelser. Den endogene udskillelsesrytme genereres af de suprachiasmatiske kerner og følger lys/mørke-cyklussen. Lyset er i stand til enten at undertrykke eller synkronisere melatoninproduktionen i overensstemmelse med lysskemaet. Den nykthohemerale rytme af dette hormon kan vurderes ved gentagne målinger af plasma- eller spytmelatonin eller urinsulfatoxymelatonin, den vigtigste hepatiske metabolit, i plasma eller spyt. Den primære fysiologiske funktion af melatonin, hvis sekretion tilpasses til nattens længde, er at formidle information om den daglige lys- og mørkecyklus til kroppens strukturer. Disse oplysninger anvendes til at tilrettelægge funktioner, som reagerer på ændringer i fotoperioden, f.eks. årstidsrytmer. Sæsonbestemt rytme i fysiologiske funktioner hos mennesker, der er relateret til en eventuel ændring af melatoninbudskabet, er dog stadig kun i begrænset omfang dokumenteret i tempererede områder under feltbetingelser. Den daglige melatoninudskillelse, som er et meget robust biokemisk signal om natten, kan også anvendes til tilrettelæggelse af cirkadiske rytmer. Selv om dette hormons funktioner hos mennesker hovedsagelig er baseret på sammenhænge mellem kliniske observationer og melatoninudskillelse, er der visse tegn på, at melatonin stabiliserer og styrker koblingen af cirkadiske rytmer, især af kernetemperatur og søvn-vågnrytmer. Den cirkadiske organisering af andre fysiologiske funktioner afhænger også af melatoninsignalet, f.eks. immunforsvaret, antioxidantforsvaret, hæmostase og glukoseregulering. Forskellen mellem fysiologiske og farmakologiske virkninger af melatonin er ikke altid klar, men er baseret på en overvejelse af dosis og ikke af varigheden af hormonbudskabet. Det erkendes, at en “fysiologisk” dosis giver plasmamelatoninniveauer i samme størrelsesorden som et natligt højdepunkt. Da det regulerende system for melatoninsekretion er komplekst og følger centrale og autonome veje, er der mange patofysiologiske situationer, hvor melatoninsekretionen kan forstyrres. Den deraf følgende ændring kan øge dispositionen for sygdom, øge symptomernes sværhedsgrad eller ændre forløbet og resultatet af sygdommen. Da melatoninreceptorer har en meget stor udbredelse i kroppen, er der mange mulige terapeutiske indikationer for dette stof. Der vil kunne gøres store fremskridt på dette område ved at udvikle multicenterforsøg med en stor række patienter for at fastslå melatonins effektivitet og fravær af langtidstoksicitet.