褪黑激素的生物合成受光周期的制约。松果体在光神经的控制下，由色氨酸转化成5-羟色氨酸，进一步转化成5-羟色胺，在N-乙酰基转移酶的作用下，再转化成N-乙酰基-5-羟色胺，最后合成褪黑激素，从而使体内的含量呈昼夜性的节律改变。褪黑素的分泌是有昼夜节律的，夜间褪黑激素分泌量比白天多 5～10倍，清晨2：00到3：00达到峰值。夜间褪黑素水平的高低直接影响到睡眠的质量。Hakola等对夜班工人唾液中褪黑激素含量的研究结果，也证实了这种昼夜节律性变化。