El núcleo supraquiasmático (SCN) es un par de estructuras del tamaño de una cabeza de alfiler del hipotálamo, una parte del cerebro ubicada sobre el quiasma óptico, la región donde se cruzan los nervios ópticos. Controla el ritmo circadiano, la repetición rítmica de ciertos fenómenos aproximadamente a la misma hora cada día. También conocido como reloj biológico, contiene aproximadamente 20,000 neuronas que generan señales neuronales y hormonales que regulan las diferentes funciones del cuerpo en un ciclo de aproximadamente 24 horas. Algunas señales generadas por las neuronas del núcleo supraquiasmático incluyen el ácido gamma-aminobutírico, vasopresina, péptido intestinal vasoactivo y somatostatina. Las diferentes funciones del cuerpo sincronizadas con las señales generadas son el ciclo de sueño-vigilia, la temperatura corporal, los cambios en la presión arterial, la producción de orina y la secreción de hormonas.
Los ritmos circadianos pueden ser arrastrados por el ciclo de luz y oscuridad del entorno. Una vez que la luz proveniente del medio ambiente llega a los ojos, las células retinianas sensibles a la luz especializadas conocidas como fotorreceptores convierten la luz en señales eléctricas y luego la transmiten al cerebro. Estas señales que viajan a lo largo del tracto retinohipotalámico producen arrastre. El arrastre está cambiando la fase de la actividad del núcleo supraquiasmático para que se sincronice con el ciclo de luz y oscuridad del entorno de la misma frecuencia. Durante el día subjetivo, el arrastre está mediado por monofosfato de adenosina cíclico y péptido activador de adenil ciclasa hipofisario, mientras que durante la noche subjetiva está mediado por monofosfato de guanosina cíclico y acetilcolina.
Además de las señales de luz ambiental, el núcleo supraquiasmático está influenciado por la melatonina. La melatonina es una hormona sintetizada a partir del neurotransmisor serotonina por la glándula pineal. Es a la vez un agente y regulador del núcleo supraquiasmático. Su síntesis es circadiana, en donde es inhibida por la luz y estimulada por la oscuridad. A medida que aumenta su nivel durante la oscuridad ambiental, la melatonina envía información al cerebro de que ha llegado la noche, y las funciones del cuerpo se evocan en consecuencia.
Se han identificado varios genes que regulan el ritmo circadiano. Estos son los genes intemporales, de período, de reloj y de ciclo. Controlan la expresión de proteínas, lo que lleva a un complejo sistema de retroalimentación negativa intracelular. El sistema de retroalimentación negativa explica la periodicidad del núcleo supraquiasmático.
La variación en el ritmo de la señalización neuronal y hormonal ocurre estacionalmente. Puede reflejar la influencia de la variación en la longitud, las mareas, la temperatura y la luz del sol. En el desfase horario, el reloj biológico se interrumpe debido a un cambio artificial repentino en el tiempo del reloj de viajar a una zona horaria diferente, lo que resulta en un cambio brusco de las señales neuronales y hormonales. A menudo, se requieren varios días para restablecer el funcionamiento del cuerpo a un ciclo normal de 24 horas.