褪黑素能缩短睡前觉醒时间和入睡时间，改善睡眠质量，睡眠中觉醒次数明显减少，浅睡阶段短，深睡阶段延长，次日早晨唤醒阈值下降。有较强的调整时差功能。主要用于增白保湿化妆品,也常用于生发制品中。国内外对褪黑激素的生物学功能，尤其是作为膳食补充剂的保健功能进行了广泛的研究，表明其具有促进睡眠、调节时差、抗衰老、调节免疫、抗肿瘤等多项生理功能。国内外有关褪黑激素的保健功能涉及调节内分泌(抑制排卵)，对脑炎病毒感染有保护作用，并降低其感染后的死亡率，AIDS的治疗和心血管的保护作用等。

Holmes研究了褪黑激素的催眠作用和对神经化学的影响，大鼠给予10 mg/kg BW褪黑激素后，用EEG检测入睡时间，与服药前相比，缩短一半，觉醒时间也明显缩短，慢波睡眠、异相睡眠明显延长而且容易唤醒；给予2.5 mg/kg BW，得到程度略低的、类似的催眠效果。任何剂量的褪黑激素都不会改变标准EEC模型和干扰正常的睡眠规律。腹膜给予小鼠褪黑激素25 mg/kg BW的催眠作用与 100 mg/kg BW(腹膜)环己烯巴比妥(催眠药)的作用相似。

Dollins等(1994)用低剂量褪黑激素对20名年青健康志愿者进行催眠效果的研究，志愿者在上午11：45口服0.1～10 mg褪黑激素后，其血清浓度达到正常人夜晚平均浓度水平；0.1、0.3、1.0和10.0等各剂量组均使受试者口腔温度下降、入睡时间明显缩短、睡眠持续时间明显延长、精力下降、疲劳感增加、情绪低下、对Wilkinson听觉觉醒试验反应正确率下降。