A glândula pineal está localizada acima do cerebelo e perto do centro do cérebro humano. A glândula é muito pequena, com menos de 1,27 cm de tamanho. A síntese de melatonina ocorre na glândula pineal em resposta a mudanças na luz. Nos seres humanos, essa secreção hormonal regula o sono e tem sido implicada em doenças relacionadas à idade e no transtorno afetivo sazonal (SAD).
A retina no olho transmite informações sobre a exposição da luz à glândula pineal. A glândula pineal usa essas informações para coordenar o relógio biológico humano. A melatonina é secretada pela glândula pineal à noite para ajudar a induzir o sono, enquanto a exposição à luz inibe a produção de melatonina. Durante o dia, a secreção de melatonina é quase zero.
A glândula pineal e a melatonina estão implicadas no distúrbio afetivo sazonal. Nos meses de inverno nas latitudes norte, a quantidade de luz solar diminui. A diminuição da luz do dia faz com que a glândula pineal aumente a produção de melatonina. O aumento dos níveis de melatonina leva a sonolência excessiva, ganho de peso, fadiga e depressão. A exposição de um paciente com SAD à luz solar artificial inibe a produção de melatonina e melhora os sintomas.
O jet lag é causado por uma interrupção nos ritmos circadianos, resultante da falta de escuridão que ocorre quando os vôos das companhias aéreas nos fusos horários interrompem a produção da glândula pineal e da melatonina. Os sintomas do jet lag incluem insônia, fadiga e nevoeiro cerebral, embora tomar suplementos de melatonina possa ajudar a restaurar os ritmos circadianos. Os trabalhadores do turno da noite apresentam sintomas semelhantes ao jet lag. Para esses trabalhadores, dormir com cortinas blackout pode ajudar a simular a noite e induzir a produção de melatonina.
A produção da glândula pineal e melatonina muda com a idade avançada. A produção de melatonina diminui e a glândula pineal desenvolve calcificações conhecidas como areia cerebral. A melatonina é um potente antioxidante e está envolvida na promoção da enzima glutationa peroxidase, outro antioxidante. Esses dois antioxidantes evitam danos causados pelos radicais livres. Quando os níveis de melatonina diminuem, os danos causados pelos radicais livres resultantes podem contribuir para o envelhecimento e doenças relacionadas à idade.
Em mamíferos com uma estação específica de reprodução, os níveis da glândula pineal e da melatonina também controlam a fertilidade. Fora da estação reprodutiva, os machos não produzem espermatozóides porque altos níveis de melatonina inibem as gônadas. Na primavera, a quantidade de luz do dia aumenta, os níveis de melatonina caem e o animal está pronto para um novo ciclo de reprodução. Os seres humanos não experimentam reprodução sazonal, portanto, os níveis de melatonina não afetam a fertilidade humana.