La melatonina tiene una amplia variedad de acciones beneficiosas a nivel de las gónadas y sus anexos. Algunas acciones están mediadas a través de sus receptores de melatonina de membrana clásicos, mientras que otras parecen ser independientes de los receptores.

Esta revisión resume muchos de los informes publicados que confirman que la melatonina, que se produce en el ovario, ayuda a adelantar la maduración folicular y a preservar la integridad del óvulo antes y en el momento de la ovulación. Asimismo, cuando se recogen óvulos para la fecundación in vitro-transferencia de embriones, tratarlos con melatonina mejora las tasas de implantación y embarazo.

La síntesis de melatonina, así como sus receptores, también se han identificado en la placenta. En este órgano, la melatonina parece ser de especial importancia para el mantenimiento de la renovación óptima de las células del trofoblasto velloso a través de su capacidad para regular la apoptosis.

En el caso de los gametos masculinos, la melatonina también ha demostrado su utilidad para protegerlos del daño oxidativo y preservar su viabilidad. La incubación de espermatozoides animales eyaculados mejora su motilidad y prolonga su viabilidad. También para el esperma humano, la melatonina es un agente valioso para protegerlo de los daños causados por los radicales libres.

En general, las acciones directas de la melatonina sobre las gónadas y los anejos de los mamíferos indican que es un agente importante para mantener una fisiología reproductiva óptima.