Melatonin är en metoxiindol som syntetiseras och utsöndras huvudsakligen av tallkottkörteln på natten under normala ljus/mörkerförhållanden. Den endogena rytmen för utsöndringen genereras av de suprachiasmatiska kärnorna och är anpassad till ljus/dörr-cykeln. Ljuset kan antingen undertrycka eller synkronisera melatoninproduktionen beroende på ljusschemat. Den nykthohemera rytmen för detta hormon kan utvärderas genom upprepade mätningar av melatonin i plasma eller saliv eller sulfatoxymelatonin i urinen, den viktigaste hepatiska metaboliten. Den primära fysiologiska funktionen hos melatonin, vars utsöndring anpassar sig till nattens längd, är att förmedla information om den dagliga cykeln av ljus och mörker till kroppens strukturer. Denna information används för att organisera funktioner som reagerar på förändringar i fotoperioden, t.ex. årstidsrytmer. Säsongsrytmen hos fysiologiska funktioner hos människor i samband med en eventuell förändring av melatoninbudskapet har dock fortfarande begränsade bevis i tempererade områden under fältförhållanden. Den dagliga melatoninutsöndringen, som är en mycket robust biokemisk signal om natten, kan också användas för att organisera cirkadiska rytmer. Även om detta hormons funktioner hos människor huvudsakligen bygger på korrelationer mellan kliniska observationer och melatoninutsöndring, finns det vissa belägg för att melatonin stabiliserar och förstärker kopplingen mellan cirkadiska rytmer, särskilt mellan kärntemperaturen och sömn- och vakenhetsrytmen. Den cirkadiska organisationen av andra fysiologiska funktioner är också beroende av melatoninsignalen, t.ex. immunförsvar, antioxidantförsvar, hemostas och glukosreglering. Skillnaden mellan fysiologiska och farmakologiska effekter av melatonin är inte alltid tydlig, men baseras på dosen och inte på varaktigheten av hormonmeddelandet. Det är allmänt erkänt att en ”fysiologisk” dos ger plasmamelatoninnivåer i samma storleksordning som en nattlig topp. Eftersom regleringssystemet för melatoninsekretionen är komplext och följer centrala och autonoma vägar, finns det många patofysiologiska situationer där melatoninsekretionen kan störas. Den resulterande förändringen kan öka predispositionen för sjukdom, öka symtomens svårighetsgrad eller förändra sjukdomens förlopp och resultat. Eftersom melatoninreceptorerna har en mycket stor spridning i kroppen är de möjliga terapeutiska indikationerna för denna förening många. Stora framsteg på detta område skulle kunna göras genom att utveckla multicenterförsök på en stor serie patienter för att fastställa melatonins effektivitet och avsaknad av långtidstoxicitet.