Glanda pineală este situată deasupra cerebelului și aproape de centrul creierului uman. Glanda este foarte mică, mai mică de 1/2 inch (1.27 cm) în dimensiune. Sinteza melatoninei are loc în glanda pineală ca răspuns la modificările luminii. La oameni, această secreție de hormon reglează somnul și a fost implicată în boli legate de vârstă și tulburări afective sezoniere (TAS).
Retina din ochi transmite informații despre expunerea la lumină către glanda pineală. Glanda pineală folosește aceste informații pentru a coordona ceasul biologic uman. Melatonina este secretată de glanda pineală noaptea pentru a ajuta la inducerea somnului, în timp ce expunerea la lumină inhibă producția de melatonină. În timpul zilei, secreția de melatonină este aproape nulă.
Glanda pineală și melatonina sunt implicate în tulburările afective sezoniere. În lunile de iarnă, la latitudinile nordice, cantitatea de lumină solară scade. Scăderea luminii zilei face ca glanda pineală să crească producția de melatonină. Creșterea nivelului de melatonină duce la somnolență excesivă, creștere în greutate, oboseală și depresie. Expunerea unui pacient SAD la lumina artificială a soarelui inhibă producția de melatonină și îmbunătățește simptomele.
Jet lag-ul este cauzat de o întrerupere a ritmurilor circadiene care rezultă din lipsa întunericului care apare pe măsură ce zborurile aeriene peste fusurile orare perturbă producția de glande pineale și de melatonină. Simptomele jet lag includ insomnia, oboseala și ceața creierului, deși administrarea de suplimente de melatonină poate ajuta la restabilirea ritmurilor circadiene. Lucrătorii în ture de noapte experimentează simptome similare cu jet lag. Pentru acești lucrători, dormitul cu draperii opace poate ajuta la simularea nopții și la inducerea producției de melatonină.
Glanda pineală și producția de melatonină se modifică odată cu vârsta înaintată. Producția de melatonină scade, iar glanda pineală dezvoltă calcificări numite nisip cerebral. Melatonina este un antioxidant puternic și este implicată în promovarea enzimei glutation peroxidază, un alt antioxidant. Ambii acești antioxidanți previn daunele provocate de radicalii liberi. Când nivelul melatoninei scade, daunele rezultate din radicalii liberi pot contribui la îmbătrânire și la bolile legate de îmbătrânire.
La mamiferele cu un anumit sezon de reproducere, nivelul glandei pineale și al melatoninei controlează și fertilitatea. În afara sezonului de reproducere, masculii nu produc spermatozoizi, deoarece nivelurile ridicate de melatonină inhibă gonadele. Primăvara, cantitatea de lumină naturală crește, nivelul melatoninei scade și animalul este pregătit pentru un nou ciclu de reproducere. Oamenii nu experimentează reproducerea sezonieră, astfel încât nivelurile de melatonina nu afectează fertilitatea umană.