La melatonina è un ormone prodotto dall'organismo, dalla ghiandola pineale (una ghiandola endocrina situata nel cervello, denominata anche epifisi) che svolge un ruolo essenziale nella fisiologia del sonno e nella regolazione del ciclo sonno-veglia (chiamata da Cartesio “il terzo occhio” per la sua sensibilità alla luce, ad esempio nelle lucertole).
La produzione e il rilascio di questo ormone dipendono dalle condizioni di esposizione alla luce, con un aumento al buio, durante la notte, e una diminuzione nelle ore di luce, durante il giorno. La produzione di melatonina diminuisce con l'aumentare dell'età e i ridotti livelli dell'ormone rilasciati durante la notte possono contribuire al problema dell'insonnia e del risveglio precoce, spesso osservati negli anziani. La produzione di melatonina ha un andamento stagionale, con periodi di produzione più brevi in estate e più prolungati in inverno. La presenza di una fonte di luce durante la notte può bloccare la produzione della melatonina e può causare disturbi del sonno.
La melatonina si trova in natura anche in alcuni alimenti quali banane, arance, ananas, olio extravergine di oliva e riso; può essere sintetizzata in laboratorio, in genere sotto forma di compresse per l'assunzione per bocca, o utilizzata come integratore alimentare.
La melatonina viene utilizzata soprattutto per:

disturbi del sonno e del ritmo circadiano, la melatonina può aiutare a migliorare questi disturbi sia negli adulti, sia nei bambini. Per l'eventuale somministrazione nei bambini è sempre necessario consultare il pediatra
difficoltà nel prendere sonno, può verificarsi un ritardo nell'addormentarsi che causa un risveglio tardivo. La ricerca scientifica ha dimostrato che l'assunzione di melatonina riduce (di poco) il tempo necessario per addormentarsi
insonnia, la melatonina potrebbe aiutare chi soffre di incapacità di addormentarsi e di rimanere addormentato (insonnia), migliorando leggermente la qualità del sonno, la durata ed il tempo necessario per prendere sonno
jet lag, la melatonina può migliorare i sintomi del jet lag (disturbi del sonno e dell'attenzione causati dalla variazione di fuso orario), come la difficoltà a mantenere vigile l'attenzione
disturbi del sonno dovuto ai turni di lavoro, alcune ricerche suggeriscono che la melatonina potrebbe migliorare la durata e la qualità del sonno durante il giorno nelle persone il cui lavoro richiede turni notturni
disturbi del sonno nei ciechi, può contribuire a ristabilire il ritmo circadiano in quei soggetti che, totalmente privi della vista, non hanno l'ausilio della luce per orientare l'orologio biologico
disturbi del ciclo sonno-veglia, nei bambini con disabilità

A differenza di molti farmaci utilizzati per l'insonnia, è improbabile che una persona possa diventare dipendente dalla melatonina, oppure non risponda più alla somministrazione di compresse (assuefazione).
La melatonina possiede anche un'attività antiossidante, soprattutto a livello mitocondriale.
Principali effetti collaterali
La melatonina assunta per bocca in quantità adeguate è, generalmente, sicura. Di solito, il dosaggio da prendere è basso. I più comuni effetti indesiderati (effetti collaterali) dovuti all'assunzione di compresse di melatonina sono:

mal di testa
vertigini
nausea
sonnolenza

Effetti collaterali meno comuni:

depressione di breve durata
lieve tremore
lieve ansia
crampi addominali
 irritabilità
 riduzione dell'attenzione
 confusione o disorientamento 
 pressione arteriosa bassa (ipotensione)

Poiché la melatonina può causare sonnolenza durante il giorno, è consigliabile non guidare e non usare macchinari entro cinque ore dall'assunzione della compressa. Inoltre, il suo uso non è raccomandato durante la gravidanza e durante l'allattamento.
La melatonina non va presa se si soffre di una malattia autoimmune.
Interazioni con altri farmaci
La melatonina può interferire con alcuni farmaci quali:

anticoagulanti, combinando l'uso di melatonina con questi ultimi si potrebbe aumentare il rischio di sanguinamento ed emorragie
antiepilettici, la melatonina potrebbe inibire gli effetti degli anticonvulsivanti nei bambini con epilessia
farmaci per il controllo della pressione sanguigna alta (farmaci antipertensivi), la melatonina potrebbe interferire con i farmaci per il controllo dell'ipertensione
farmaci che agiscono sul sistema nervoso centrale, come i sedativi, l'uso di melatonina potrebbe interagire con questi farmaci e aumentarne l'effetto
farmaci per il diabete, la melatonina potrebbe influenzare i livelli di zucchero. Se si assumono farmaci per il controllo della glicemia, la melatonina va utilizzata con cautela
farmaci contraccettivi, l'uso di farmaci contraccettivi insieme alla melatonina potrebbe incrementarne gli effetti collaterali
substrati del citocromo P450 1A2 (CYP1A2) e del citocromo P450 2C19 (CPY2C19), utilizzare la melatonina con cautela se si prendono farmaci che sono influenzati da questi enzimi del fegato
farmaci per il trattamento della depressione, gli inibitori della ricaptazione (ri-assorbimento) della serotonina possono aumentare i livelli di melatonina, causando un'eccessiva sonnolenza
immunosoppressori, la melatonina può stimolare la funzione immunitaria e interferire con la terapia immunosoppressiva