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脳の中心部にある松果体から分泌され〝睡眠のホルモン〞とも呼ばれる。

目に光が入ってくると血中濃度が下がり、暗くなると上昇して自然な眠気を感じさせる。光を浴びて朝を認識してから15〜16時間がたつと、視床下部にある体内時計は松果体にメラトニンの分泌指令を出す。メラトニンは、全身に働き、体温や脈拍、血圧をさげて睡眠の準備状態を作る。そして明け方とともにメラトニンは分泌量が減っていく。また、メラトニンの分泌は子供に多いことがわかっている。加齢とともに分泌量が減少するため、それが睡眠の質を低下させるとの意見もある。