Melatonin (N-acetyl-5-methoxy-tryptamin) er et hormon, der hovedsageligt udskilles af pinealkirtlen eller epiphysen og også produceres, men i meget mindre mængder, af nethinden. Det vigtigste enzym i denne syntese er N-acetyltransferase (NAT), hvis aktivitet er høj i den mørke fase, hvilket forklarer den høje natlige udskillelse af hormonet. Den cirkadiske rytme af melatonin genereres i den suprachiasmatiske kerne, vores krops biologiske ur. Dette ur fungerer selv rytmisk og drives af synkronisatorer fra omgivelserne. Afhængigt af eksponeringstidspunktet har lys to virkninger på melatoninudskillelsen: enten undertrykker det helt udskillelsen af hormonet, eller også forskyder det toppen af udskillelsen (eller fasen) i henhold til en såkaldt fasereaktionskurve, fordi eksponering for lys om morgenen fremskynder fasen, mens det om aftenen forsinker fasen af rytmen. Melatonin har de modsatte egenskaber. Melatonin er derfor en transducer af lyssignalet, som giver kroppen en indikation af, hvor længe det er dag og nat. Eksogen melatonin giver også mulighed for at synkronisere visse cirkadiske rytmer som f.eks. kropstemperaturen. På grund af dets farmakologiske egenskaber fokuserer den nuværende forskning på melatonins (og lysets) egenskaber som resynkroniseringsmiddel i forskellige desynkroniseringssituationer som f.eks. aldring, skifteholdsarbejde, natarbejde, søvnsyndromer med faseforskud eller -forsinkelse, jetlag osv. Desuden tyder hormonets stærke antioxidante (bedre end E-vitamin) og onkostatiske egenskaber på, at det kan spille en rolle i tilfælde, hvor dets sekretion blokeres, især af lys, som f.eks. hos personer, der udelukkende arbejder om natten (og derfor er udsat for lys) og i lang tid, for hvem den relative risiko for brystkræft er signifikant højere (RR mellem 1,1 og 1,6 med p. < 0,05) i tre nyere epidemiologiske undersøgelser. Der er dog behov for yderligere undersøgelser for at validere disse resultater.