Мелатонин используется для краткосрочного регулирования режима сна, в том числе при синдроме смены часовых поясов и бессоннице. В настоящее время проводится оценка исследований в области использования добавок с мелатонином для людей, страдающих от сезонного аффективного расстройства, регуляции сна у людей, которые работают во вторую смену, и ресинхронизации цикла сна/бодрствования у людей с ранней стадией болезни Альцгеймера.
Стандартные дозы не установлены и варьируют в диапазоне 0,5–5 мг при пероральном приеме за 1 час до отхода ко сну обычно в день путешествия и в течение 2–4 ночей после прилета.
Мелатонин также используется для уменьшения тревожности до и после операции; 80% хирургических пациентов испытывают беспокойство в связи с этим.
Мелатонин был открыт в 1958 году профессором дерматологии А. Б. Лернером и его коллегами из Йельского университета. Лернер, занимавшийся изучением природы витилиго, обратил внимание на опубликованную в 1917 году статью (C. P. McCord and F. P. Allen), в которой сообщалось, что измельчённые эпифизы коров, помещённые в банку с головастиками, в течение 30 минут обесцвечивают их кожу настолько, что можно наблюдать за работой сердца и кишечника. В 1953 году Лернер выделил из бычьих эпифизов экстракт, осветляющий кожу лягушки. Для поиска основного компонента было переработано 250 тысяч эпифизов и удалось идентифицировать структуру действующего вещества, которому Лернер дал название «мелатонин».
В середине 1970-х годов учёными была показана суточная цикличность продукции мелатонина в эпифизе человека. В 1993 году Р. Рейтером был открыт антиоксидантный эффект мелатонина.
В организме присутствует и мелатонин, образующийся вне эпифиза. В 1974 году советские учёные Н. Т. Райхлин и И. М. Кветной обнаружили, что мелатонин синтезируется в клетках червеобразного отростка кишечника. Затем выяснилось, что мелатонин образуется и в других отделах желудочно-кишечного тракта, а также во многих других органах. Тем не менее в центре внимания остаётся эпифизарный мелатонин.