A melatonina, um hormônio produzido pela glândula pineal, diminui com a idade e influi sobre o rítmo sazonal e circadiano, sobre o ciclo sono-vigília e sobre a reprodução. Apresenta um padrão de secreção dia-noite, sensível a luminosidade, com início de elevação no início da noite e queda no final. Uma via neural complexa envolve as células ganglionares da retina que se conectam aos pinealócitos. Essa via utiliza o nervo óptico, o núcleosupraquiasmático, o hipotálamo lateral e as fibras pré-ganglionares na medula espinhal, que fazem sinapse com o gânglio cervical superior, e estas através dos nervos simpáticos pós-ganglionares alcançam a glândula pineal. Sob circunstâncias naturais de um ciclo claro-escuro ocorre uma produção rítmica circadiana de melatonina. A exposição a luminosidade (luz brilhante) é suficiente para suprimir a síntese de melatonina. Evidências clínicas e experimentais mostram que diversos estados biológicos incluindo o humor podem ser influenciados pela melatonina. A melatonina funciona como indutor do sono e estudos recentes sugerem que ela age mais como um agente que prepara o indivíduo para o sono talvez sinalizando para uma redução da temperatura corporal. Nesse sentido, ela atuaria através de suas propriedades cronobióticas. Uma metanálise recente mostrou que a melatonina não altera substancialmente as medidas do sono reforçando o conceito anterior.