Melatonin ist ein vielseitiges Molekül, das nicht nur in der Zirbeldrüse, sondern auch in vielen anderen Organen synthetisiert wird. Melatonin spielt im Schlafverhalten, bei der Regulierung des circadianen Rhythmus und der Immunfunktionen, als Antioxidans, durch seine mitochondriale Schutzfunktion und seinen Einfluss auf Fortpflanzungsfähigkeit und Stimmung eine bedeutende physiologische Rolle.
Auch die Wirksamkeit von Melatonin in der Bekämpfung verschiedener bakterieller und viraler Infektionen wurde berichtet. Melatonin zeigt bei Entzündungsreaktionen und Sepsis in verschiedenen Tiermodellen eine ausgeprägte antiinflammatorische Wirkung. Diese wird auf die Hemmung der Stickoxidsynthase mit nachfolgender Reduktion der Bildung von Peroxynitrit, die Stimulierung verschiedener antioxidativer Enzyme und damit einer Steigerung der antioxidativen Abwehr, die schützende Wirkung im Hinblick auf die Mitochondrienfunktion und die Vermeidung der Apoptose zurückgeführt. In einer Reihe von Tiermodellen zur Untersuchung des septischen Schocks und auch anhand von Sepsis-Patienten hat sich bestätigt, dass Melatonin durch positive Wirkungen einer Zellschädigung und einem Multiorganversagen Einhalt gebietet. Die Bedeutung dieser Wirkungsweisen bei septischem Schock und der potenzielle Nutzen in der Behandlung von Multiorganversagen werden diskutiert.