Melatonin (N-acetyl-5-metoxitryptamin) är ett hormon som huvudsakligen utsöndras av tallkottkörteln eller epifysen och som även produceras, men i mycket mindre mängder, av näthinnan. Det viktigaste enzymet i denna syntes är N-acetyltransferas (NAT), vars aktivitet är hög under den mörka fasen, vilket förklarar den höga nattliga utsöndringen av hormonet. Den cirkadiska rytmen av melatonin skapas i den suprachiasmatiska kärnan, kroppens biologiska klocka. Själva klockan fungerar rytmiskt och drivs av miljösynkronisatorer. Beroende på exponeringstiden har ljuset två effekter på melatoninutsöndringen: antingen undertrycker det helt utsöndringen av hormonet eller så förskjuter det topputsöndringen (eller fasen) enligt en så kallad fasresponskurva, eftersom exponering för ljus på morgonen tidigarelägger fasen, medan det på kvällen fördröjer fasen i rytmen. Melatonin har motsatta egenskaper. Melatonin är därför en omvandlare av ljussignalen som ger kroppen en indikation på hur länge det är dag och natt. Exogent melatonin gör det också möjligt att synkronisera vissa cirkadiska rytmer, t.ex. kroppstemperaturen. På grund av dess farmakologiska egenskaper är aktuell forskning inriktad på melatonins (och ljusets) egenskaper som resynkroniseringsmedel i olika desynkroniseringssituationer, t.ex. åldrande, skiftarbete, nattarbete, sömnsyndrom med fasförskjutning eller -fördröjning, jetlag, … Hormonets starka antioxidativa (bättre än E-vitamin) och onkostatiska egenskaper tyder dessutom på att det kan spela en roll i de fall då utsöndringen blockeras, särskilt av ljus, t.ex. hos personer som arbetar uteslutande på natten (och därför utsätts för ljus) och under lång tid, för vilka den relativa risken för bröstcancer visade sig vara betydligt högre (RR mellan 1,1 och 1,6 med p. < 0,05) i tre nyligen genomförda epidemiologiska studier. Det behövs dock ytterligare studier för att validera dessa resultat.