La mélatonine est une hormone sécrétée rythmiquement la nuit par la glande pinéale. Chez les mammifères, ce rythme est généré par les noyaux suprachiasmatiques (NSC) de l'hypothlamus (siège de l'horloge circadienne) et est entraîné à 24 h par le cycle jour/nuit. Le rythme de mélatonine est donc un signal hormonal efférent de l'horloge circadienne et l'un de ses rôles pourrait être d'imposer la rythmicité circadienne à des organes cibles de la mélatonine. Il a par exemple été observé que la mélatonine est capable d'entraîner les rythmes en libre-cours (conditions constantes) d'activité locomotrice des rongeurs et de veille-sommeil chez certains aveugles. Le rythme de mélatonine est généré par les NSC mais la durée de sécrétion nocturne est proportionnelle à la durée de la nuit. Ce sont les variations de la durée de sécrétion nocturne de mélatonine qui permettent au cerveau de 'lire' l'information photopériodique. Les résultats ont déjà des applications directes en agriculture où la mélatonine est régulièrement utilisée pour 'manipuler' certains rythmes saisonniers (fourrure chez le vison, laine et reproduction chez le mouton, etc.). La sécrétion nocturne de mélatonine, de par son expression rythmique, est donc à la fois une message circadien et saisonnier qui permet à l'organisme de s'organiser temporellement. Les effets de la mélatonine les plus documentés concernent son rôle sur la régulation des fonctions saisonnières, mais son rôle dans l'organisation circadienne des fonctions apparaît être fondamental même si aujourd'hui nos connaissances sont encore très fragmentaires. En fait, le front actuel de nos connaissances se situe au niveau de l'étude des sites et mécanismes d'action de la mélatonine. L'hormone agit classiquement par l'intermédiaire des récepteurs membranaires (2 sous-types Mella et Mellb clonés à ce jour chez les mammifères) couplés à une protéine G et peut-être par l'intermédiaire de récepteurs nucléaires. Les potentialités thérapeutiques et utilitaires de la mélatonine sont très importantes puisque toutes nos fonctions (e.g. système immunitaire, cardiovasculaire...) sont organisées temporellement et que de nombreux troubles résultent d'un dérèglement de cette organisation temporelle (e.g. durant le vieillissement). Ces potentialités thérapeutiques n'en sont toutefois qu'au premier stade d'évaluation.