Cette glande sécrète une hormone appelée mélatonine qui est impliquée dans l'horloge biologique du corps (horloge interne). La concentration de mélatonine dans le sang suit un cycle (taux maximum durant la nuit et minimum aux alentours de midi). Plus la nuit est longue, plus la sécrétion de mélatonine est importante, ce qui permet au corps de connaître l'époque de l'année dans laquelle il vit et de construire les réponses au climat. La mélatonine coordonne toutes les horloges et les rythmes corporels en fonction du jour et de la nuit.
On se rend compte de l'existence de cette horloge centrale lors des décalages horaires dus à un long voyage. Il lui faut alors plusieurs jours pour refaire correspondre nos rythmes propres à ceux de la nouvelle alternance jour/nuit.