Мелатонин относится к антиоксидантам, открытым в последнее время. В то время как большинство антиоксидантов оказывают свое действие преимущественно в определенной части определенных клеток, мелатонин проникает в любую клетку в любой части организма. Особенно важно, что внутри клетки мелатонин оказывает специфическое защитное действие на ядро - центральную структуру клетки, содержащую ДНК, т.е. на структуру, позволяющую поврежденной клетке восстановиться.

Мелатонин оказывает стимулирующее действие на фермент глютатионпероксидазу, также обладающую антиоксидантными свойствами.