La mélatonine est un méthoxyindole synthétisé et sécrété principalement par la glande pinéale la nuit dans des conditions normales de lumière/obscurité. Le rythme endogène de sécrétion est généré par les noyaux suprachiasmatiques et entraîné par le cycle lumière/obscurité. La lumière est capable de supprimer ou de synchroniser la production de mélatonine en fonction du calendrier lumineux. Le rythme nycthéméral de cette hormone peut être évalué par des mesures répétées de la mélatonine plasmatique ou salivaire ou de la sulfatoxymélatonine urinaire, son principal métabolite hépatique. La principale fonction physiologique de la mélatonine, dont la sécrétion s’ajuste à la durée de la nuit, est de transmettre aux structures de l’organisme des informations concernant le cycle quotidien de lumière et d’obscurité. Ces informations sont utilisées pour l’organisation des fonctions qui répondent aux changements de la photopériode, comme les rythmes saisonniers. La rythmicité saisonnière des fonctions physiologiques chez l’homme, liée à une éventuelle altération du message de la mélatonine, reste cependant peu mise en évidence dans les zones tempérées en conditions réelles. Par ailleurs, la sécrétion quotidienne de mélatonine, qui est un signal biochimique très robuste de la nuit, peut être utilisée pour l’organisation des rythmes circadiens. Bien que les fonctions de cette hormone chez l’homme soient principalement basées sur des corrélations entre des observations cliniques et la sécrétion de mélatonine, il existe des preuves que la mélatonine stabilise et renforce le couplage des rythmes circadiens, en particulier de la température centrale et des rythmes veille-sommeil. L’organisation circadienne d’autres fonctions physiologiques dépend également du signal de la mélatonine, par exemple les défenses immunitaires et antioxydantes, l’hémostase et la régulation du glucose. La différence entre les effets physiologiques et pharmacologiques de la mélatonine n’est pas toujours claire mais repose sur la prise en compte de la dose et non de la durée du message hormonal. Il est admis qu’une dose « physiologique » fournit des niveaux de mélatonine plasmatique du même ordre de grandeur qu’un pic nocturne. Le système de régulation de la sécrétion de mélatonine étant complexe, suivant des voies centrales et autonomes, il existe de nombreuses situations physiopathologiques où la sécrétion de mélatonine peut être perturbée. L’altération qui en résulte peut augmenter la prédisposition à la maladie, aggraver la gravité des symptômes ou modifier l’évolution et l’issue de la pathologie. Les récepteurs de la mélatonine étant très largement distribués dans l’organisme, les indications thérapeutiques putatives de ce composé sont multiples. De grandes avancées dans ce domaine pourraient être réalisées en développant des essais multicentriques sur une grande série de patients, afin d’établir l’efficacité de la mélatonine et l’absence de toxicité à long terme.