Melatonin, im Allgemeinen als das Schlafhormon bekannt, hat eine besondere Stellung unter den Hormonen. Seine Sekretion unterliegt einem ausgeprägten zirkadianen Rhythmus. Eine Zunahme der Sekretion beginnt mit der Dämmerung und erreicht die höchsten Werte in der Nacht zwischen 2 und 3 Uhr. Im physiologischen Zustand kann die Melatonin-Konzentration in dieser Zeit im Vergleich zu den Tageswerten auf mehr als das 10-fache ansteigen. Melatonin hat eine im Vergleich zu den Steroiden relativ hohe Wasserlöslichkeit (2 g/l). Es tritt im Speichel in einer Konzentration von ca. 1/3 der Serumkonzentration auf und weist eine stabile Korrelation sowohl im physiologischen Status als auch nach einer oralen Supplementierung auf

Die Melatonin-Synthese ist im Kindesalter deutlich erhöht und verbleibt auf diesem hohen Niveau bis zum Erreichen der Pubertät. In der Pubertät verschiebt sich häufig das circadiane Maximum um 2 bis 3 Stunden, was die nächtliche Aktivität der jungen Menschen erklären könnte. Im Erwachsenenalter kehrt die Sekretion meist in einen geregelten Rhythmus zurück, wobei die Konzentration und die Dynamik mit zunehmendem Alter langsam abnimmt.
Eine verringerte Melatonin-Konzentration in der Nacht sowie Störungen der Melatonin-Rhythmik werden mit Schlafstörungen, Schizophrenie, Fibromyalgie, Anorexia nervosa, Störungen der sexuellen Reifung in der Pubertät sowie malignen Tumoren in Verbindung gebracht.
Liegen dagegen relativ hohe Melatonin-Konzentrationen während des Tages vor, klagen die Patienten über depressive Zustände z. B. Winterdepression in den nördlichen Ländern.