A melatonin egy metoxi-indol, amelyet elsősorban a tobozmirigy szintetizál és választ ki éjszaka, normál fény/sötét körülmények között. A szekréció endogén ritmusát a suprachiasmatikus magok hozzák létre, és a fény/sötét ciklushoz igazodik. A fény képes elnyomni vagy szinkronizálni a melatonin termelést a fénymenetrendnek megfelelően. Ennek a hormonnak a nyákos ritmusa a plazma- vagy nyálmelatonin, illetve a vizelet szulfatoximelatonin, a fő májmetabolit ismételt mérésével értékelhető. A melatonin, amelynek szekréciója az éjszaka hosszához igazodik, elsődleges élettani funkciója, hogy a fény és sötétség napi ciklusára vonatkozó információkat közvetíti a test struktúrái számára. Ezt az információt a fotoperiódus változásaira reagáló funkciók, például a szezonális ritmusok megszervezéséhez használják fel. Az emberekben a fiziológiai funkciók szezonális ritmusa, amely a melatonin-üzenet lehetséges változásához kapcsolódik, azonban a mérsékelt égövi területeken, terepi körülmények között továbbra is csak korlátozottan bizonyított. A napi melatonin-kiválasztás, amely az éjszaka nagyon robusztus biokémiai jele, szintén felhasználható a cirkadián ritmusok szervezéséhez. Bár e hormon funkciói az emberben főként a klinikai megfigyelések és a melatoninszekréció közötti összefüggéseken alapulnak, van némi bizonyíték arra, hogy a melatonin stabilizálja és erősíti a cirkadián ritmusok, különösen a maghőmérséklet és az alvás-ébrenlét ritmusok összekapcsolódását. Más élettani funkciók cirkadián szerveződése is függ a melatonin jelétől, például az immunrendszer, az antioxidáns védekezés, a vérzéscsillapítás és a glükózszabályozás. A melatonin fiziológiai és farmakológiai hatásai közötti különbség nem mindig egyértelmű, de a dózis és nem a hormonüzenet időtartamának figyelembevételén alapul. Elismert tény, hogy a “fiziológiás” dózis ugyanolyan nagyságrendű plazma melatoninszintet biztosít, mint az éjszakai csúcsérték. Mivel a melatoninszekréció szabályozó rendszere összetett, központi és vegetatív pályákat követve, számos olyan patofiziológiai helyzet van, amikor a melatoninszekréció zavart szenvedhet. Az ebből eredő változás növelheti a betegségre való hajlamot, fokozhatja a tünetek súlyosságát, vagy módosíthatja a betegség lefolyását és kimenetelét. Mivel a melatoninreceptorok nagyon széles eloszlást mutatnak a szervezetben, e vegyület feltételezett terápiás javallatai sokrétűek. Ezen a területen nagy előrelépést lehetne elérni a melatonin hatékonyságának és a hosszú távú toxicitás hiányának megállapítására irányuló, nagyszámú betegen végzett multicentrikus vizsgálatokkal.