La melatonina e il sonno sono strettamente correlati, poiché l'ormone della melatonina svolge un importante ruolo nel regolare i ritmi circadiani del corpo.

Il ciclo circadiano è un ritmo biologico di circa 24 ore che regola i processi fisiologici di un organismo vivente, come ad esempio il ciclo sonno-veglia, il rilascio di ormoni e la temperatura corporea. Questo ritmo è determinato principalmente dall'orologio biologico interno del nostro corpo, ma può essere influenzato anche da fattori esterni come la luce del sole e il comportamento alimentare. L'alterazione del ciclo circadiano può portare a problemi di sonno, problemi di salute e alterazioni dell'umore. 

La melatonina è prodotta naturalmente dal nostro corpo dalla ghiandola pineale, situata nella parte posteriore del cervello, ed è fortemente influenzata dal ciclo circadiano della luce.

La produzione di melatonina aumenta quando è buio, motivo per cui molte persone hanno difficoltà a dormire se hanno troppa luce nella loro stanza da letto. La melatonina inizia gradualmente a essere prodotta alla fine della giornata, quando il sole tramonta e le luci artificiale della casa si accendono.

Una volta che la melatonina viene rilasciata, si attiva un processo nel cervello che induce il sonno, acquisendo un livello di sonno profondo e riparatore. La produzione di melatonina è anche influenzata dal ciclo del sonno. Quando una persona dorme a cicli regolari, la produzione di melatonina segue una routine simile, aumentando durante la notte e diminuendo di giorno in giorno.

Esistono anche integratori di melatonina sul mercato, che sono stati utilizzati per alcuni anni come aiuto al sonno per le persone che hanno difficoltà ad addormentarsi o mantenersi addormentati. Questi integratori di melatonina sono diventati popolari perché possono aiutare le persone a sentire sonnolenza e a dormire più a lungo e profondamente.