Melatoniini (N-asetyyli-5-metoksitryptamiini) on hormoni, jota erittyy pääasiassa käpyrauhasesta tai epifyysirauhasesta ja jota myös verkkokalvo tuottaa, mutta paljon pienempinä määrinä. Keskeinen entsyymi tässä synteesissä on N-asetyylitransferaasi (NAT), jonka aktiivisuus on korkea pimeän vaiheen aikana, mikä selittää hormonin suuren yöllisen erityksen. Melatoniinin vuorokausirytmi syntyy suprachiasmaattisessa ytimessä, elimistömme biologisessa kellossa. Itse kello toimii rytmikkäästi, ja sitä ohjaavat ympäristön synkronointilaitteet. Valolla on altistumisajankohdasta riippuen kaksi vaikutusta melatoniinin eritykseen: se joko estää hormonin erityksen kokonaan tai siirtää erityksen huippua (tai vaihetta) niin sanotun vaihe-vastekäyrän mukaisesti, sillä aamulla valolle altistuminen aikaistaa vaihetta, kun taas illalla valolle altistuminen viivästyttää rytmin vaihetta. Melatoniinilla on päinvastaiset ominaisuudet. Melatoniini on siis valosignaalin muuntaja, joka antaa elimistölle merkin päivän ja yön pituudesta. Eksogeeninen melatoniini mahdollistaa myös tiettyjen vuorokausirytmien, kuten kehon lämpötilan, synkronoinnin. Farmakologisten ominaisuuksiensa vuoksi nykyisessä tutkimuksessa keskitytään melatoniinin (ja valon) ominaisuuksiin resynkronoivana aineena erilaisissa desynkronointitilanteissa, kuten ikääntymisessä, vuorotyössä, yötyössä, uni-oireyhtymissä, joihin liittyy vaiheen eteneminen tai viivästyminen, jet lag, … Lisäksi hormonin vahvat antioksidanttiset (E-vitamiinia paremmat) ja onkostaattiset ominaisuudet viittaavat siihen, että sillä on merkitystä tapauksissa, joissa sen eritys estyy erityisesti valon vaikutuksesta, kuten henkilöillä, jotka työskentelevät yksinomaan yöaikaan (ja näin ollen altistuvat valolle) ja pitkään, ja joilla rintasyövän suhteellinen riski on kolmessa hiljattain tehdyssä epidemiologisessa tutkimuksessa todettu merkitsevästi suuremmaksi (RR 1,1 ja 1,6 välillä, p. < 0,05). Näiden tulosten validoimiseksi tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia.