A melatonina, também conhecida como a “hormona-mãe da cronobiologia”, é uma hormona produzida na glândula pineal. Este processo deve-se a sinais do núcleo supraquiasmático do hipotálamo, que regula o ritmo circadiano. Quando as retinas deixam de detetar tanta luz de comprimento de onda azul, o núcleo supraquiasmático é informado e induz a glândula pineal a começar a produzir melatonina. Quando as retinas detectam o início da manhã, a produção de melatonina é interrompida e são produzidas hormonas associadas à vigília. Este ciclo ajuda a criar um ritmo circadiano, ou ciclo de sono-vigília de 24 horas.
A melatonina tem uma semi-vida muito curta, de cerca de 30 minutos. Como se decompõe tão rapidamente, tem de ser produzida continuamente durante a noite para manter um sono reparador. Nas pessoas com um ritmo circadiano saudável, os níveis de melatonina aumentam rapidamente após o anoitecer e estabilizam durante a noite até ao início da manhã. Estes níveis elevados são essenciais não só para adormecer, mas também para dormir profundamente e de forma repousante. Os níveis de melatonina descem depois acentuadamente no início da manhã para permitir que as pessoas acordem em resposta ao aumento dos níveis de luz.