La glándula pineal se encuentra por encima del cerebelo y cerca del centro del cerebro humano. La glándula es muy pequeña, mide menos de 1/2 pulgada (1.27 cm) de tamaño. La síntesis de melatonina ocurre en la glándula pineal en respuesta a cambios en la luz. En los humanos, esta secreción hormonal regula el sueño y se ha implicado en enfermedades relacionadas con la edad y el trastorno afectivo estacional (SAD).
La retina en el ojo transmite información sobre la exposición a la luz de la glándula pineal. La glándula pineal utiliza esta información para coordinar el reloj biológico humano. La glándula pineal secreta la melatonina por la noche para ayudar a inducir el sueño, mientras que la exposición a la luz inhibe la producción de melatonina. Durante el día, la secreción de melatonina es casi nula.
La glándula pineal y la melatonina están implicadas en el trastorno afectivo estacional. En los meses de invierno en las latitudes del norte, la cantidad de luz solar disminuye. La disminución de la luz del día hace que la glándula pineal aumente la producción de melatonina. El aumento en los niveles de melatonina provoca somnolencia excesiva, aumento de peso, fatiga y depresión. Exponer a un paciente con SAD a la luz solar artificial inhibe la producción de melatonina y mejora los síntomas.
El desfase horario es causado por una interrupción en los ritmos circadianos como resultado de la falta de oscuridad que ocurre cuando los vuelos de las aerolíneas a través de las zonas horarias interrumpen la producción de glándulas pineales y melatonina. Los síntomas del desfase horario incluyen insomnio, fatiga y niebla cerebral, aunque tomar suplementos de melatonina puede ayudar a restaurar los ritmos circadianos. Los trabajadores nocturnos experimentan síntomas similares al desfase horario. Para estos trabajadores, dormir con cortinas opacas puede ayudar a simular la noche e inducir la producción de melatonina.
La producción de glándula pineal y melatonina cambia con la edad avanzada. La producción de melatonina disminuye y la glándula pineal desarrolla calcificaciones denominadas arena cerebral. La melatonina es un potente antioxidante y participa en la promoción de la enzima glutatión peroxidasa, otro antioxidante. Ambos antioxidantes previenen el daño de los radicales libres. Cuando los niveles de melatonina disminuyen, el daño resultante de los radicales libres puede contribuir al envejecimiento y a enfermedades relacionadas con la edad.
En mamíferos con una temporada de reproducción específica, los niveles de glándula pineal y melatonina también controlan la fertilidad. Fuera de la temporada de reproducción, los machos no producen esperma porque los altos niveles de melatonina inhiben las gónadas. En primavera, aumenta la cantidad de luz del día, los niveles de melatonina disminuyen y el animal está listo para un nuevo ciclo de reproducción. Los humanos no experimentan reproducción estacional, por lo que los niveles de melatonina no afectan la fertilidad humana.