Melatonina (N-acetylo-5-metoksy-tryptamina) jest hormonem wydzielanym głównie przez szyszynkę lub nasadę gruczołu, a także produkowanym, ale w znacznie mniejszych ilościach, przez siatkówkę oka. Kluczowym enzymem w tej syntezie jest N-acetylotransferaza (NAT), której aktywność jest wysoka w fazie ciemności, co tłumaczy wysokie nocne wydzielanie tego hormonu. Rytm okołodobowy melatoniny jest generowany w jądrach nadskrzyżowaniowych, które są zegarem biologicznym naszego organizmu. Zegar ten funkcjonuje rytmicznie i jest napędzany przez synchronizatory środowiskowe. W zależności od czasu ekspozycji, światło ma dwojaki wpływ na wydzielanie melatoniny: albo całkowicie hamuje wydzielanie hormonu, albo przesuwa szczyt wydzielania (lub fazę) zgodnie z tzw. krzywą odpowiedzi fazowej, ponieważ ekspozycja na światło rano przyspiesza fazę, podczas gdy wieczorem opóźnia fazę rytmu. Melatonina ma właściwości odwrotne. Melatonina jest więc przetwornikiem sygnału świetlnego, dającym organizmowi informację o długości dnia i nocy. Egzogenna melatonina umożliwia również synchronizację niektórych rytmów okołodobowych, takich jak temperatura ciała. Ze względu na swoje właściwości farmakologiczne, obecne badania koncentrują się na właściwościach melatoniny (i światła) jako czynnika resynchronizującego w różnych sytuacjach desynchronizacji, takich jak starzenie się, praca zmianowa, praca nocna, zespoły snu z wyprzedzeniem lub opóźnieniem fazy, jet lag, … Ponadto, silne właściwości antyoksydacyjne (przewyższające witaminę E) i onkostatyczne hormonu sugerują rolę w przypadkach, gdy jego wydzielanie jest blokowane, w szczególności przez światło, np. u osób pracujących wyłącznie w nocy (a więc narażonych na światło) i przez długi okres czasu, u których w trzech ostatnich badaniach epidemiologicznych stwierdzono istotnie wyższe względne ryzyko zachorowania na raka piersi (RR między 1,1 a 1,6 z p. < 0,05). Potrzebne są jednak dalsze badania, aby potwierdzić te wyniki.