La melatonina es una molécula versátil, sintetizada no sólo en la glándula pineal, sino también en muchos otros órganos. La melatonina desempeña un importante papel fisiológico en la regulación del sueño y del ritmo circadiano, la inmunorregulación, las funciones antioxidantes y de protección mitocondrial, el control reproductivo y la regulación del estado de ánimo.

También se ha demostrado que la melatonina es eficaz para combatir diversas infecciones bacterianas y víricas. La melatonina es un agente antiinflamatorio eficaz en diversos modelos animales de inflamación y sepsis, y su acción antiinflamatoria se ha atribuido a la inhibición de la óxido nítrico sintasa con la consiguiente reducción de la formación de peroxinitrito, a la estimulación de diversas enzimas antioxidantes, contribuyendo así a mejorar la defensa antioxidante, y a efectos protectores sobre la función mitocondrial y en la prevención de la apoptosis. En varios modelos animales de shock séptico, así como en pacientes con enfermedad séptica, la melatonina ejerce efectos beneficiosos para detener el daño celular y el fallo multiorgánico. Se discute la importancia de estas acciones en el shock séptico y su posible utilidad en el tratamiento del fallo multiorgánico.