A melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina) é um hormônio da glândula pineal que provém da serotonina e tem várias funções, como por exemplo:

• Controlar o sistema endócrino (em particular os do eixo hipotalâmico-hipofisário-gonadal);
• Regular o ritmo circadiano (ou seja ciclo dia-noite);
• Modular o sistema imune, o humor e a função reprodutiva;
• Além disso, ela tem efeito analgésico e antioxidante.

O relógio circadiano controla muitos ritmos, incluindo ritmos no comportamento, temperatura corporal, sono, horário das refeições e níveis hormonais. Os níveis séricos de melatonina elevam-se à noite e retornam ao basal durante o dia. O efeito da exposição à luz suprime os níveis elevados de melatonina, ou seja, diminuindo-os imediatamente aos níveis basais e, além disso, muda a fase do ritmo circadiano.

Uma noite longa, como a vivenciada durante o inverno, resulta em um aumento de melatonina, enquanto que, uma noite curta de verão, resulta em uma redução desse hormônio.

Em geral, à medida que se envelhece, o período circadiano encurta, o que resulta em horário de despertar e de dormir mais precoces e as mudanças de fase drásticas, como as causadas por viagens longas (jet lag), são menos toleradas.

Estudos mostram que a ingestão de melatonina pode aumentar a rapidez do início do sono, bem como sua duração e qualidade. Por este motivo, pode ter uma ação terapêutica no tratamento de transtornos de fase circadiana, como a síndrome do fuso horário (jet lag). No entanto, a sua eficácia em outros tipos de insônia ainda é questionável.

O ritmo circadiano pode ser afetado por medicamentos, e, inversamente, o relógio circadiano pode modular a eficácia de medicamentos ao longo de todo o dia. Uma melhor compreensão dessas interações levará a farmacoterapias mais eficazes. Algumas das interações mais bem estudadas entre medicamentos e o relógio circadiano são os efeitos circadianos dos antidepressivos. Temperatura corporal noturna elevada é um aspecto comum entre pacientes deprimidos. Os antidepressivos tricíclicos (ADTs) e os inibidores seletivos da recaptação de serotonina (ISRSs) reduzem a temperatura corporal noturna enquanto simultaneamente aumentam a amplitude circadiana. De maneira similar, muitos pacientes deprimidos exibem uma amplitude reduzida nos ritmos de atividade diária. Assim como a temperatura corporal, a amplitude dos ciclos de atividade diária de pessoas deprimidas pode ser aumentada pelos antidepressivos.

O uso de lítio para tratar transtorno bipolar já foi estabelecido. Entretanto, ele também regula o ritmo circadiano, aumentando sua amplitude. O mecanismo pelo qual isso ocorre continua desconhecido. Outras medicações, como por exemplo, os benzodiazepínicos também exercem efeitos no ritmo cricadiano.