Melatonina este un metoxindol sintetizat și secretat în principal de glanda pineală pe timp de noapte, în condiții normale de lumină/întuneric. Ritmul endogen al secreției este generat de nucleii suprachiasmatici și antrenat de ciclul lumină/întuneric. Lumina este capabilă fie să suprime, fie să sincronizeze producția de melatonină în funcție de programul de lumină. Ritmul nocturn al acestui hormon poate fi evaluat prin măsurarea repetată a melatoninei plasmatice sau salivare sau a sulfatoximelatoninei din urină, principalul metabolit hepatic. Funcția fiziologică primară a melatoninei, a cărei secreție se adaptează la durata nopții, este de a transmite structurilor organismului informații privind ciclul zilnic de lumină și întuneric. Aceste informații sunt utilizate pentru organizarea funcțiilor care răspund la modificările fotoperioadei, cum ar fi ritmurile sezoniere. Ritmicitatea sezonieră a funcțiilor fiziologice la om, legată de o eventuală alterare a mesajului melatoninei, rămâne, totuși, cu dovezi limitate în zonele temperate, în condiții de teren. De asemenea, secreția zilnică de melatonină, care este un semnal biochimic foarte robust al nopții, poate fi utilizată pentru organizarea ritmurilor circadiene. Deși funcțiile acestui hormon la om se bazează în principal pe corelații între observațiile clinice și secreția de melatonină, există unele dovezi că melatonina stabilizează și întărește cuplarea ritmurilor circadiene, în special a temperaturii centrale și a ritmurilor de somn-veghe. Organizarea circadiană a altor funcții fiziologice depinde, de asemenea, de semnalul melatoninei, de exemplu, apărarea imunitară, apărarea antioxidantă, hemostaza și reglarea glucozei. Diferența dintre efectele fiziologice și farmacologice ale melatoninei nu este întotdeauna clară, dar se bazează pe luarea în considerare a dozei și nu a duratei mesajului hormonal. Se admite că o doză „fiziologică” asigură niveluri plasmatice de melatonină în același ordin de mărime ca și un vârf nocturn. Deoarece sistemul de reglare a secreției de melatonină este complex, urmând căi centrale și autonome, există numeroase situații fiziopatologice în care secreția de melatonină poate fi perturbată. Alterarea rezultată ar putea crește predispoziția la boală, ar putea adăuga la severitatea simptomelor sau ar putea modifica evoluția și rezultatul tulburării. Deoarece receptorii de melatonină prezintă o distribuție foarte largă în organism, indicațiile terapeutice presupuse ale acestui compus sunt multiple. Progrese importante în acest domeniu ar putea fi realizate prin realizarea de studii multicentrice pe o serie mare de pacienți, pentru a stabili eficacitatea melatoninei și absența toxicității pe termen lung.