褪黑激素是由位於大腦深處的一個小小內分泌腺體，稍微帶點紅的灰白色豆狀小體─松果體（Pineal gland）所分泌。人類的松果體非常細小，長度5～8毫米，寬度3～5毫米，重量120～200毫克，並且隨著年齡的增加而萎縮。有趣的是，女性的松果體比男性稍微大一點，或許這就是女性的平均壽命比男性長的原因。松果體的活動具有明顯的週期性，它所分泌的褪黑激素會隨著陽光照射減少，一旦遇到黑暗則會增加，對晝夜節律的功能產生影響。除此之外，松果體還會表現出月、季、年的週期變化，更具有調節內分泌系統與免疫系統的功能。
松果體是透過眼睛來感應光線，當光線進入瞳孔到達視網膜的時候，眼球內部的感光膜會藉由視覺神經，將訊息傳達到視交叉上核（Suprachiasmatic nucleus）。白天的時候，光線進入眼睛直達視交叉上核，夜晚的時候，視交叉上核會傳遞訊息到松果體；而傳達到松果體的光照量，會決定褪黑激素究竟要分泌多少。由於光線會抑制褪黑激素的分泌，因此隨著季節變化的晝夜長短，往往左右褪黑激素分泌的多寡。自遠古時代開始，人類就遵行自然節律來決定早上何時起床，晚上何時睡覺。事實上，這是體內的松果體配合自然節律運作所導致。今天，松果體依然持續同一個模式運作，也就是說，不論古今，只要夕陽西下，天一黑，人類就會因為體內褪黑激素的分泌，配合自然節律來作息。
除此之外，松果體對動物而言，也一樣扮演同樣的角色。春天的時候，動物體內的松果體感應到晝長夜短的信息，獲知應該是遠行的時候了；晚秋的時候，晝短夜長，松果體就會刺激動物毛皮的生長，以便度過寒冬。由於松果體的活動受光照的明顯影響，所以生活在南北極的動物，牠們的松果體季節性變動特別顯著。在太陽不落的夏季，松果體的活動幾乎完全停止；在漫長而黑暗的冬季，松果體的活動相當活躍，分泌大量的褪黑激素，繼而抑制生殖活動。可能正是這個原因，居住在北極的愛斯基摩人，由於冬天處在黑暗之中缺乏光照，褪黑激素分泌增加，抑制了下視丘（Hypothalamus）、腦下垂體（pituitary gland）、卵巢系統，因而婦女在冬天便停經了。而且，愛斯基摩的少女初潮往往延遲到23歲左右才出現。近年來還發現，燈光和陽光一樣，同樣對褪黑激素的分泌產生抑制作用，如此一來，青少年性腺的發育，就不會受到減弱的影響，因此一般經常熬夜晚睡的孩子，或多或少都會有性早熟的現象。
