Il cancro ai polmoni è il secondo tumore più comune e il più letale a livello mondiale. La melatonina, un’indoleamina prodotta nella ghiandola pineale, mostra effetti antitumorali su diversi tipi di cancro, in particolare sul cancro al polmone. In questa sede si chiarisce la fisiopatologia del cancro al polmone, l’associazione del ritmo circadiano con il polmone e la relazione tra il lavoro a turni e l’incidenza del cancro al polmone. Un’attenzione particolare è rivolta al ruolo dei recettori della melatonina nel cancro del polmone, alla relazione tra infiammazione e cancro del polmone, al controllo della proliferazione cellulare, dell’apoptosi, dell’autofagia e dell’immunomodulazione nel cancro del polmone da parte della melatonina. Una revisione della sinergia farmacologica della melatonina con altri farmaci antitumorali suggerisce la sua utilità nella terapia di combinazione. In sintesi, le informazioni raccolte possono servire come riferimento completo per i vari meccanismi d’azione della melatonina contro il cancro del polmone, come guida per la progettazione di future ricerche sperimentali e per far progredire la melatonina come agente terapeutico per il cancro del polmone.