멜라토닌 이란 송과선(松果腺)에서 생성·분비되는 호르몬이며
 
송과선이란 척추동물의 간뇌(間腦) 등면에 돌출해 있는 내분비선이다. 두부(頭部)의 피부를 통과하여 들어오는 빛을 받아들일 수 있다. 따라서 밤과 낮의 길이나 계절에 따른 일조시간의 변화 등과 같은 광주기를 어떤 형태로든 감지하여 생식활동의 일주성(日周性)이나 연주성 등 생체 리듬에 관여하는 호르몬을 형성한다. 이 호르몬이 멜라토닌이다. 특히 생식에 있어 멜라토닌의 농도가 높을 때는 생식세포의 발달을 억제하고 낮을 때는 촉진하는 작용을 한다. 멜라토닌은 오늘날 그 존재가 확인된 유일한 송과선호르몬이다. 사람에 있어서 생식선자극호르몬의 분비를 억제하는 작용을 하는 것으로 추정되는데, 그것은 송과선종양이 사춘기에 발생하는 점으로 보아 알 수 있다. 양서류에서는 색소세포 속에 있는 흑색소과립을 응집시키는 작용을 하기 때문에 몸빛깔이 희끄무레해진다. 설치류에서는 프롤락틴(prolactin)의 분비 촉진작용, 뇌하수체 기능의 억제작용 등을 한다. 

멜라토닌은 전구체인 세로토닌으로부터 두 단계를 거쳐 만들어진다. 불을 끄면 더 잠이 잘 오
는 것처럼, 들어오는 빛이 줄어들면 이미 만들어져 저장되어 있는 멜라토닌이 혈중으로 분비된다. 아
침이 되면 혈중 멜라토닌의 양이 줄어들게 되고 따라서 일어나 활동을 시작하게 된다.

이 이외에 멜라토닌은 몸에 여러가지 이로운 효과가 있다고 알려지고 있다. 수면 유발 이외에도, 뇌
의 성숙이나 면역기능 항진등 여러 기능의 조절에 관여한다. 물에 섞어 마시면 실험동물에서 20%나
수명을 연장시킨다는 보고도 있다.