Melatonin (N-acetyl-5-methoxy-tryptamin) je hormon vylučovaný především šišinkou nebo epifýzou a produkovaný také, ale v mnohem menším množství, sítnicí. Klíčovým enzymem této syntézy je N-acetyltransferáza (NAT), jejíž aktivita je vysoká během fáze tmy, což vysvětluje vysokou sekreci hormonu v noci. Cirkadiánní rytmus melatoninu se vytváří v suprachiasmatických jádrech, biologických hodinách našeho těla. Tyto hodiny fungují rytmicky a jsou řízeny synchronizátory prostředí. V závislosti na době expozice má světlo na sekreci melatoninu dva účinky: buď sekreci hormonu zcela potlačuje, nebo posouvá vrchol sekrece (neboli fázi) podle tzv. křivky fázové odezvy, protože expozice světlu ráno fázi urychluje, zatímco večer fázi rytmu zpožďuje. Melatonin má opačné vlastnosti. Melatonin je tedy převodníkem světelného signálu, který tělu udává délku dne a noci. Exogenní melatonin také umožňuje synchronizaci některých cirkadiánních rytmů, například tělesné teploty. Vzhledem k jeho farmakologickým vlastnostem se současný výzkum zaměřuje na vlastnosti melatoninu (a světla) jako resynchronizačního činidla v různých desynchronizačních situacích, jako je stárnutí, práce na směny, noční práce, spánkové syndromy s fázovým předstihem nebo zpožděním, jet lag, … Kromě toho silné antioxidační (lepší než vitamin E) a onkostatické vlastnosti hormonu naznačují jeho roli v případech, kdy je jeho sekrece blokována, zejména světlem, jako například u osob pracujících výhradně v noci (a tedy vystavených světlu) a dlouhodobě, u nichž bylo ve třech nedávných epidemiologických studiích zjištěno významně vyšší relativní riziko rakoviny prsu (RR mezi 1,1 a 1,6 s p. < 0,05). K potvrzení těchto výsledků je však třeba provést další studie.