La melatonina es producida básicamente en la glándula pineal (situada en el cerebro, pero fuera de la barrera hemato cefalica) y también por la retina y otros tejidos. El órgano más grande en los seres humanos que biosintetiza la melatonina, es la piel. Toda la maquinaria de síntesis de la melatonina se ha identificado en las células de la piel y se han encontradomelatonina y sus derivados. La melatonina es sintetizada  naturalmente en el aminoácido triptófano a través de la síntesis de serotonina. La serotonina es convertida en melatonina por las enzimas N-acetiltransferasa y 5-hidroxiindol-O-metiltransferasa. La producción de melatonina por la glándula pineal se encuentra bajo la influencia de los núcleos supraquiasmaticos (SCN) del hipotálamo, que recibe información de la retina sobre el patrón diario de la luz y la oscuridad.
La luz / oscuridad alcanza unas celulas fotosensibles / fotorreceptor que participan en la formación de la imagen. Estas células expresan el photopigment melanopsin. La sensibilidad de melanopsin encaja con la de uno a base de vitamina A fotopigmento. Esta señal afecta al fotoperiodo yla producción de señales especificas «oscuridad» – y «luz» induciendo las señales neuronales y endocrinas que regulan el comportamiento fisiológico y los ritmos circadianos.
La melatonina es secretada principalmente durante horas nocturnas por la glándula pineal, que se encuentra «en» el cerebro, como respuesta a la oscuridad, del organismo que regula los patrones sueño / vigilia. Por lo tanto, es a menudo denominado «TheDark hormonal». Los antiguos griegos creían que la glándula pineal era el «asiento del alma», una teoría reafirmada por el fisiólogo y matemático francés Descartes, a principios de los años 1600. Sin embargo, el papel biológico de la glándula pineal y la melatonina, no se descubrió hasta 1958. Los picos de secreción de la melatonina aparecen en la pubertad y disminuye drásticamente con la edad. El estrés y los cambios ambientales pueden afectar negativamente a la producción de melatonina. La ingesta de ciertos medicamentos recetados, como los betabloqueantes, los AINEs y píldoras para dormir, así como la aspirina, la cafeína, el tabaco y el alcohol se ha demostrado que disminuyen la oferta de melatonina.
Cuando se varían los horarios de trabajo, cambios dezona horaria, pero también el simple cambio de temporada se altera el bio-ritmo, y la disminución de la producción de melatonina, que por lo general necesita varios días para que el cuerpo pueda adaptarse a nuevas condiciones y resolver los patrones de sueño / vigilia.
La importancia de la melatonina para el cuerpo humano es más importante que lo que se ha mostrado antes. La melatonina tiene un papel crucial en la producción de muchas hormonas que son vitales para el bienestar del cuerpo. La melatonina regula los procesos para permitir a nuestro cuerpo descansar por la noche, recuperase de la fatiga acumulada durante el día y preparar el cuerpo para hacer frente a todos los problemas y el estrés que tendrá el día siguiente. Esto se llama regulación de los ritmos circadianos que permite hacer frente a nuestro día y nos da el derecho a descansar por la noche. Parece extraño, pero a menudo estamos cansados durante el día y cuando por fin se llegaa la cama no se puede dormir. La melatonina funciona restaurando este equilibrio de la habilidad natural del cuerpo humano de hacer frente a los problemas en forma eficaz.