Melatonina (N-acetil-5-metoxi-triptamina) este un hormon secretat în principal de glanda pineală sau de epifiză și produs, de asemenea, dar în cantități mult mai mici, de retină. Enzima-cheie în această sinteză este N-acetiltransferaza (NAT), a cărei activitate este ridicată în timpul fazei de întuneric, ceea ce explică secreția nocturnă ridicată a hormonului. Ritmul circadian al melatoninei este generat în nucleele suprachiasmatice, ceasul biologic al organismului nostru. Acest ceas funcționează în mod ritmic și este acționat de sincronizatoarele de mediu. În funcție de momentul expunerii, lumina are două efecte asupra secreției de melatonină: fie suprimă complet secreția hormonului, fie modifică vârful secreției (sau faza) conform unei așa-numite curbe de răspuns de fază, deoarece expunerea la lumină dimineața avansează faza, în timp ce seara întârzie faza ritmului. Melatonina are proprietăți opuse. Melatonina este, prin urmare, un transductor al semnalului luminos, oferind organismului o indicație a duratei zilei și a nopții. Melatonina exogenă permite, de asemenea, sincronizarea anumitor ritmuri circadiene, cum ar fi temperatura corpului. Datorită proprietăților sale farmacologice, cercetările actuale se concentrează pe proprietățile melatoninei (și ale luminii) ca agent de resincronizare în diferite situații de desincronizare, cum ar fi îmbătrânirea, munca în ture, munca de noapte, sindroamele de somn cu avans sau întârziere de fază, jet lag, … În plus, proprietățile puternic antioxidante (superioare vitaminei E) și oncostatice ale hormonului sugerează un rol în cazurile în care secreția sa este blocată, în special de lumină, cum ar fi în cazul persoanelor care lucrează exclusiv noaptea (și, prin urmare, sunt expuse la lumină) și pe o perioadă lungă de timp, pentru care riscul relativ de cancer de sân s-a dovedit a fi semnificativ mai mare (RR între 1,1 și 1,6 cu p. < 0,05) în trei studii epidemiologice recente. Cu toate acestea, sunt necesare studii suplimentare pentru a valida aceste rezultate.