Aivoissa sijaitseva käpylisäke erittää melatoniinia verenkiertoon. Melatoniinin eritys alkaa illalla, on suurimmillaan yöllä ja sen eritys on hyvin vähäistä aamuisin. Päivällä melatoniinia ei erity.
Melatoniinin päätehtävä on tahdistaa elimistön vuorokausirytmiä. Melatoniinivalmisteita voidaan käyttää edistämään nukahtamista sekä tahdistamaan unta ja valvetta. Sopiva melatoniinin annos on yleensä 0,5–6 mg iltaisin ja se pitäisi ottaa joka ilta samoihin aikoihin. Melatoniinin vaikutus tulee vasta 1-3 tuntia tabletin ottamisen jälkeen, joten se pitää muistaa ottaa riittävän varhain ennen nukkumaan menoa. Sopiva ajankohta melatoniinin ottamiseen on kello 18-23 välillä riippuen siitä, milloin tavallisesti menee nukkumaan. Melatoniinia ei kannata ottaa enää puolen yön jälkeen.
Tavallisin melatoniinin aiheuttama haittavaikutus on päänsärky. Lyhytaikaisessa käytössä melatoniinin ei tiedetä aiheuttavan merkittäviä haittavaikutuksia aikuisilla, mutta pitkäaikaisen, eli useita vuosia kestäneen käytön mahdollisia haittoja ei vielä tunneta tarkasti. Raskaana olevat naiset ja imettävät äidit eivät saa käyttää melatoniinia. Melatoniinia ei pidä käyttää lapsilla ja nuorilla ilman lääkärin ohjeistusta.
Melatoniinia voidaan käyttää myös aikaerorasituksen (jet lag) lyhytaikaiseen hoitoon. Tällöin melatoniinia otetaan paikalliseen nukkumaanmenoaikaan enintään neljänä peräkkäisenä iltana, aina samaan aikaan.
Melatoniini ei ole tehokas vuorotyöstä johtuvan unettomuuden hoidossa.