褪黑素合成后，储存在松果体内，交感神经兴奋支配松果体细胞释放褪黑素。褪黑素的分泌具有明显的昼夜节律，白天分泌受抑制，晚上分泌活跃。褪黑素可抑制下丘脑-垂体-性腺轴，使促性腺激素释放激素、促性腺激素、黄体生成素以及卵泡雌激素的含量均减低，并可直接作用于性腺，降低雄激素、雌激素及孕激素的含量。另外，MT有强大的神经内分泌免疫调节活性和清除自由基抗氧化能力，可能会成为新的抗病毒治疗的方法和途径。MT最终在肝脏中代谢，肝细胞的损伤可影响体内MT的水平。

褪黑素被熟知的功能主要是可以改善睡眠质量（用量0.1~0.3mg），能缩短睡前觉醒时间和入睡时间，改善睡眠质量，睡眠中觉醒次数明显减少，浅睡阶段短，深睡阶段延长，次日早晨唤醒阈值下降。有较强的调整时差功能 。

褪黑素最大的特点应该是，它是迄今发现的最强的内源性自由基清除剂。褪黑素的基本功能就是参与抗氧化系统，防止细胞产生氧化损伤。在这方面，它的功效超过了已知的所有体内物质。最新研究证明，MT是内分泌的总司令，它控制体内各种内分泌腺的活动。从而间接地控制我们全身的机能。它的作用有： 

防止病变

由于MT很容易进入细胞，因此可担任保护细胞核DNA的任务。如果DNA受到损害就可能导致癌变。

如果血液中有足够的Mel，就不容易患癌症。 

调整昼夜节律

褪黑素的分泌是有昼夜节律的。夜幕降临后，光刺激减弱，松果体合成褪黑素的酶类活性增强，体内褪黑素的分泌水平也相应增高，在凌晨2~3点达到高峰。夜间褪黑素水平的高低直接影响到睡眠的质量。随着年龄的增长，松果体萎缩直至钙化，造成生物钟的节律性减弱或消失，特别是35岁以后，体内自身分泌的褪黑素明显下降，平均每10年降低10~15%，导致睡眠紊乱以及一系列功能失调，而褪黑素水平降低、睡眠减少是人类脑衰老的重要标志之一。因此，从体外补充褪黑素，可使体内的褪黑素水平维持在年轻状态，调整和恢复昼夜节律，不仅能加深睡眠，提高睡眠质量，更重要的是改善整个身体的机能状态，提高生活质量，延缓衰老的进程。 
褪黑素是一种诱导自然睡眠的体内激素，它通过调节人的自然睡眠而克服睡眠障碍，提高睡眠质量。它与其他安眠药的最大区别在于，褪黑素无成瘾性，无明显副作用。晚上睡前口服1~2片（约含褪黑素1.5~3mg），一般二三十分钟内就能产生睡意，而早晨天亮后褪黑素自动失去效能，起床后也不会有疲倦困顿醒不过来的感觉。 

推迟老化

老年人的松果体逐渐缩小，分泌的MT相应减少。体内各器官需要的Mel量不足，导致老化而生疾病。科学家称松果体为人体的老化时钟。我们从体外补充MT，便可以拨回老化时钟了。1985年秋，科学家们用19个月大的高龄老鼠（相当于人类65岁）作实验。甲、乙两组老鼠的生活条件和食物完全一样，只是在甲组老鼠夜间饮水中添加Mel，乙组的饮水中不加任何物质。最初，两组老鼠之间，看不出有什么差异。渐渐地，便出现了惊人的区别。对照乙组的老鼠明显衰老，身体上的肌肉块（muscle mass）全部消失，外皮上满是秃毛块（Bald Patches），消化不良并在眼里长白内障。总之，这组老鼠全部显得老态龙钟，奄奄待毖。非常奇妙，每晚喝Mel水的甲组老鼠，活蹦乱跳的和它们的孙子辈的幼鼠戏耍。全身长着厚实的粗毛，容光焕发，消化良好，眼内也无白内障。至于它们的平均寿命，乙组老鼠大约都在24个月（相当于人类的75岁）遭遇大限；而甲组老鼠的平均寿命达30个月（相当于人类的100岁）。 

对中枢神经系统的调节作用

大量临床和实验研究显示，褪黑素作为内源性神经内分泌激素，对中枢神经系统有直接和间接地生理调节作用，对睡眠障碍、抑郁症和精神疾病具有治疗作用，并对神经细胞有保护作用。例如褪黑素有镇静作用，还可以治疗忧郁症和精神病，可以保护神经，可以镇痛、调节下丘脑释放的激素等等。 

对免疫系统的调节作用

神经内分泌和免疫系统是互相联系的，免疫系统和它的产物可改变神经内分泌的功能。而神经内分泌信号也同样影内免疫功能。近十年来，褪黑素对免疫系统的调节作用已引起人们的普遍关注，国内外研究表明，不仅影响免疫器官的生长发育，而且对体液免疫和细胞免疫，以及细胞因子均起调节作用。例如，褪黑素可以调节细胞免疫和体液免疫，还可以调节多种细胞因子的活动。 

对心血管系统的调节作用

MT是具有多种功能的光信号，通过其分泌的改变将环境光照周期的信息传递给体内有关的组织，使它们的功能活动适应外界的变化。因此，血清褪黑素分泌水平可反应一天中相应时刻和一年的相应季节。生物的昼夜节律和季节节律与心血管系统和呼吸系统的能量、氧气供给的周期性变化密切相关。 血管系统的功能有明显的昼夜节律和季节节律，包括血压、心率、心输出量、肾素—血管紧张素—醛固酮等均有节律性。流行病学研究发现心肌梗死和缺血性心脏病曲发病高增大约在上午时，提示其发病有时间依赖性。除此之外，血管系统的节律性还表现血压与儿茶酚胺在夜间降低。MT主要在夜间分泌，影响多种内分泌和生物功能。MT与循环系统的关系可由下述实验结果所证实，夜间MT分泌增加与心血管活性降低呈负相关；松果体褪黑素能够预防缺血再灌注损伤引起的心串失常，影响血压控制，调节大脑血流，调节周围动脉对去甲肾上腺素的反应性。因此，MT对心血管系统有调节作用。 

此外，褪黑素还与人体呼吸系统、消化系统、泌尿系统有调节作用。