Melatonina (N-acetil-5-metoxi-triptamina) é uma hormona secretada principalmente pela glândula pineal ou epífise e também produzida, mas em quantidades muito menores, pela retina. A enzima chave nesta síntese é a N-acetiltransferase (NAT), cuja actividade é elevada durante a fase escura, o que explica a elevada secreção nocturna da hormona. O ritmo circadiano da melatonina é gerado nos núcleos supraquiasmáticos, o relógio biológico do nosso corpo. Este relógio em si funciona ritmicamente e é movido por sincronizadores ambientais. Dependendo do tempo de exposição, a luz tem dois efeitos na secreção de melatonina: ou suprime completamente a secreção da hormona, ou desloca o pico de secreção (ou fase) de acordo com uma chamada curva de resposta de fase porque a exposição à luz de manhã avança a fase, enquanto que à noite atrasa a fase do ritmo. A melatonina tem as propriedades opostas. A melatonina é, portanto, um transdutor do sinal luminoso que dá ao corpo uma indicação da duração do dia e da noite. A melatonina exógena também permite a sincronização de certos ritmos circadianos, como a temperatura corporal. Devido às suas propriedades farmacológicas, a investigação actual centra-se nas propriedades da melatonina (e da luz) como agente de ressincronização em diferentes situações de dessincronização, tais como envelhecimento, trabalho por turnos, trabalho nocturno, síndromes de sono com avanço ou atraso de fase, jet lag, etc. Além disso, o forte antioxidante (superior à vitamina E) e as propriedades oncostáticas da hormona sugerem um papel nos casos em que a sua secreção é bloqueada, em particular pela luz, como em pessoas que trabalham exclusivamente à noite (e portanto expostas à luz) e durante um longo período de tempo para quem o risco relativo de cancro da mama foi significativamente maior (RR entre 1,1 e 1,6 com p. < 0,05) em três estudos epidemiológicos recentes. No entanto, são necessários mais estudos para validar estes resultados.