Der Mechanismus im Gehirn, der für die Regulierung des zirkadianen Rhythmus verantwortlich ist, wird als biologische Uhr bezeichnet. Dieser Mechanismus befindet sich in einem Kerngebiet im Hypothalamus, dem Nucleus suprachiasmaticus. Licht, das auf die Netzhaut der Augen fällt, wird über spezielle Ganglienzellen zum Hypothalamus und von dort zum Nucleus suprachiasmaticus geleitet. Diese Ganglienzellen enthalten das lichtempfindliche Pigment Melanopsin. Der Nucleus suprachiasmaticus reguliert den Wach-Schlaf-Rhythmus, indem er andere Hirnregionen wie die Epiphyse (Zirbeldrüse) stimuliert. Die Epiphyse produziert das Hormon Melatonin, das den Schlaf-Wach-Rhythmus beeinflusst.