Nucleul suprachiasmatic (SCN) este o pereche de structuri de dimensiunea capului de ac a hipotalamusului, o parte a creierului situată deasupra chiasmei optice, regiunea în care nervii optici se încrucișează. Ea controlează ritmul circadian, repetarea ritmică a anumitor fenomene aproximativ la aceeași oră în fiecare zi. Cunoscut și sub denumirea de ceas biologic, conține aproximativ 20,000 de neuroni care generează semnale neuronale și hormonale care reglează diferitele funcții ale corpului într-un ciclu de aproximativ 24 de ore. Unele semnale generate de neuronii nucleului suprachiasmatic includ acidul gamma-aminobutiric, vasopresina, peptida intestinală vasoactivă și somatostatina. Diferitele funcții ale corpului sincronizate cu semnalele generate sunt ciclul somn-veghe, temperatura corpului, modificările tensiunii arteriale, producția de urină și secreția de hormoni.
Ritmurile circadiene pot fi antrenate de ciclul de lumină și întuneric al mediului. Odată ce lumina care vine din mediul înconjurător ajunge la ochi, celulele retiniene sensibile la lumină specializate, cunoscute sub numele de fotoreceptori, transformă lumina în semnale electrice, apoi o transmit creierului. Aceste semnale care călătoresc de-a lungul tractului retinohipotalamic produc antrenament. Antrenarea este schimbarea fazei activității nucleului suprachiasmatic, astfel încât să se sincronizeze cu ciclul de lumină și întuneric al mediului de aceeași frecvență. În timpul zilei subiective, antrenarea este mediată de adenozin monofosfat ciclic și peptida hipofizară care activează adenil ciclază, în timp ce în timpul nopții subiective, este mediată de guanozin monofosfat ciclic și acetilcolină.
Pe lângă semnalele luminoase de mediu, nucleul suprachiasmatic este influențat de melatonină. Melatonina este un hormon sintetizat din neurotransmitatorul serotonina de catre glanda pineala. Este atât un agent, cât și un regulator al nucleului suprachiasmatic. Sinteza sa este circadiană, în care este inhibată de lumină și stimulată de întuneric. Pe măsură ce nivelul său crește în timpul întunericului, melatonina trimite creierului informații despre sosirea nopții, iar antrenarea funcțiilor corpului este evocată în consecință.
Au fost identificate mai multe gene care reglează ritmul circadian. Acestea sunt genele atemporale, punctuale, dclock și ciclu. Ele controlează expresia proteinelor, conducând la un sistem complex de feedback negativ intracelular. Sistemul de feedback negativ ține cont de periodicitatea nucleului suprachiasmatic.
Variația ritmului semnalizării neuronale și hormonale are loc sezonier. Poate reflecta influența variației în lungime, maree, temperatură și lumina soarelui. În jet lag, ceasul biologic este perturbat din cauza unei schimbări artificiale bruște a orei ceasului de la călătoria la un fus orar diferit, ceea ce duce la o schimbare bruscă a semnalelor neuronale și hormonale. Adesea, este nevoie de câteva zile pentru a restabili funcționarea corpului la un ciclu normal de 24 de ore.