Melatonin ist ein Methoxyindol, das hauptsächlich von der Zirbeldrüse in der Nacht unter normalen Hell-Dunkel-Bedingungen synthetisiert und ausgeschieden wird. Der endogene Sekretionsrhythmus wird von den suprachiasmatischen Kernen erzeugt und ist an den Hell-Dunkel-Zyklus gekoppelt. Das Licht ist in der Lage, die Melatoninproduktion je nach Lichtplan entweder zu unterdrücken oder zu synchronisieren. Der nächtliche Rhythmus dieses Hormons kann durch wiederholte Messung von Melatonin im Plasma oder Speichel oder von Sulfatoxymelatonin im Urin, dem wichtigsten hepatischen Metaboliten, bestimmt werden. Die primäre physiologische Funktion von Melatonin, dessen Sekretion sich an die Länge der Nacht anpasst, besteht darin, den Körperstrukturen Informationen über den Tageszyklus von Licht und Dunkelheit zu vermitteln. Diese Information wird für die Organisation von Funktionen verwendet, die auf Veränderungen der Photoperiode reagieren, wie z. B. die saisonalen Rhythmen. Die jahreszeitliche Rhythmik der physiologischen Funktionen beim Menschen, die mit einer möglichen Veränderung der Melatonin-Botschaft zusammenhängt, ist jedoch in gemäßigten Zonen unter Feldbedingungen nur begrenzt nachweisbar. Auch die tägliche Melatoninausschüttung, die ein sehr robustes biochemisches Signal für die Nacht ist, kann für die Organisation der zirkadianen Rhythmen herangezogen werden. Obwohl die Funktionen dieses Hormons beim Menschen hauptsächlich auf Korrelationen zwischen klinischen Beobachtungen und der Melatoninsekretion beruhen, gibt es einige Hinweise darauf, dass Melatonin die Kopplung der zirkadianen Rhythmen, insbesondere der Kerntemperatur und des Schlaf-Wach-Rhythmus, stabilisiert und verstärkt. Die zirkadiane Organisation anderer physiologischer Funktionen hängt ebenfalls vom Melatoninsignal ab, z. B. das Immunsystem, die antioxidative Abwehr, die Hämostase und die Glukoseregulation. Der Unterschied zwischen physiologischen und pharmakologischen Wirkungen von Melatonin ist nicht immer eindeutig, sondern beruht auf der Berücksichtigung der Dosis und nicht der Dauer der Hormonbotschaft. Es ist bekannt, dass eine „physiologische“ Dosis Melatonin-Plasmaspiegel in der gleichen Größenordnung wie ein nächtlicher Spitzenwert liefert. Da das Regulierungssystem der Melatoninsekretion komplex ist und zentrale und autonome Bahnen verfolgt, gibt es viele pathophysiologische Situationen, in denen die Melatoninsekretion gestört werden kann. Die sich daraus ergebende Veränderung könnte die Prädisposition für eine Erkrankung erhöhen, die Schwere der Symptome verstärken oder den Verlauf und das Ergebnis der Erkrankung verändern. Da die Melatoninrezeptoren im Körper sehr weit verbreitet sind, gibt es zahlreiche mögliche therapeutische Indikationen für diese Substanz. Große Fortschritte auf diesem Gebiet könnten durch die Entwicklung multizentrischer Studien an einer großen Zahl von Patienten erzielt werden, um die Wirksamkeit von Melatonin und das Fehlen von Langzeittoxizität zu belegen.