Związek między tryptofanem a serotoniną jest dość prosty. Na uproszczonym poziomie można to uznać za relację rodzic-dziecko, z tryptofanem jako rodzicem. Podstawowa różnica między tryptofanem a serotoniną polega na tym, że tryptofan jest niezbędnym aminokwasem i budulcem białka roślinnego i zwierzęcego, a serotonina jest neuroprzekaźnikiem. Tryptofan jest prekursorem serotoniny i musi być dostępny do jego organicznej produkcji; jest to jedyne znane źródło zaopatrzenia. Oprócz bezpośredniego wpływu na poziom serotoniny w mózgu tryptofan działa łagodnie uspokajająco i pomaga zwalczać bóle głowy, niepokój, depresję i bezsenność.
W przeciwieństwie do serotoniny tryptofan nie może być syntetyzowany w organizmie i musi być pozyskiwany z żywności lub suplementów diety. Źródła dietetyczne tryptofanu i serotoniny obejmują bogate w białko mięso, twarożek, mleko, brązowy ryż, białko sojowe, tuńczyk, krewetki i orzeszki ziemne. Po zakończeniu procesu trawienia część tryptofanu jest wiązana w białkach do przechowywania, a reszta jest wchłaniana do krwiobiegu i transportowana do mózgu, gdzie zachodzi jedna z dwóch rzeczy.
Większość tryptofanu, który dociera do mózgu, wejdzie na szlak kinureninowy, czego efektem końcowym jest witamina B3, znana również jako niacyna. Pozostały tryptofan przejdzie inną drogą i zostanie przetworzony w 5-hydroksytryptofan (5-HTP). Jest to etap pośredni na szlaku serotoniny i melatoniny.
Następna konwersja, która ma miejsce, wytwarza przekaźnik chemiczny znany jako serotonina. Ten neuroprzekaźnik jest odpowiedzialny za przekazywanie informacji z jednej komórki do drugiej podczas normalnego funkcjonowania nerwów i mózgu. Serotonina jest najbardziej skoncentrowana w przewodzie pokarmowym, płytkach krwi i podwzgórzu ośrodkowego układu nerwowego, śródmózgowiu i zakończeniach nerwowych.
Wreszcie, serotonina musi przejść przez etap N-acetylowy, zanim zostanie przekształcona przez szyszynkę w neurohormon zwany melatoniną. Hormon ten jest wymiataczem wolnych rodników, który odgrywa ważną rolę w zdrowym starzeniu się. Pomaga również ustawić rytm dobowy organizmu poprzez synchronizację wydzielania innych hormonów. Poziom melatoniny spada wraz z wiekiem.
Suplementy diety z tryptofanem zostały wycofane, a później zakazane w niektórych częściach świata po niektórych zgonach i chorobach przypisywanych skażeniom pod koniec lat 1980-tych. W niektórych krajach suplement tryptofanu jest dostępny na receptę. W miejscach, gdzie jest zakazany jako pojedynczy suplement, zwykle można go znaleźć jako składnik preparatów nasennych. Istnieją dostępne bez recepty syntetyczne wersje 5-HTP oparte na ekstraktach z nasion rośliny Griffonia simplicifolia, które mogą pomóc w zwiększeniu poziomu tryptofanu i serotoniny. Dostępne są również suplementy melatoniny, które są zwykle używane jako pomoc w zasypianiu lub w celu zmniejszenia jet lag.