Epifiz bezi tarafından ritmik olarak salgılanan melatoninin bu ritmi, gözdeki retina tabakasının ışığı algılaması ile bağlantılı olarak çalışır. Gözdeki ışığı algılayan hücreler beyindeki hipotalamus bölgesine bu ışığın durumuyla ilgili sinyaller gönderir. Bu sinyaller daha sonra epifiz bezine gönderilir ve hormon salgılanmaya başlar. Karanlıkta bu hormonun salgılanışı artar ve aynı zamanda vücut ısısının düşmesi, solunum hızının azalması gibi uykuyu teşvik eden bazı değişiklikler meydana gelir. Melatoninin seviyesi gündüz süresince düşük olarak gözlenir.
Eksikliği görülen durumlar
İnsomnia yani uykusuzluk hastalığında eksikliği görülür.Jet-lag ile oluşan uykusuzluk durumunda gözlenir.Gece-gündüz vardiyası ile çalışan kişilerde oluşur.Üzüntü, stres ve depresyonda salgılanması azalır.Otizmi olan çocuklarda normalden düşüktür.Yaşlanmayla beraber eksikliği görülür. Beyindeki epifiz bezi tarafından salgılanan melatonin 45 yaşından itibaren azalır. Yaşam tarzına göre, alışkanlıklara göre ve kişiye göre farklılık göstererek bu azalmanın hızı da değişir.