Melatoniinin yleisesti hyväksyttyjä kliinisiä käyttöaiheita ei ole toistaiseksi pystytty määrittelemään. Tutkimuksissa melatoniinia on käytetty lääkkeenä hoidettaessa aikaerorasitusta, vuorotyön aiheuttamaa unettomuutta ja väsymystä sekä pitkäaikaista unettomuutta lähinnä vanhuksilla. Melatoniinilla on nukahtamista edistävä vaikutus, ja illalla otettuna se parantaa unen laatua unettomilla potilailla. Varsinainen unilääke se ei kuitenkaan ole. Melatoniinin pitkäaikaisesta käytöstä mahdollisesti aiheutuvia sivuvaikutuksia ei vielä tunneta riittävästi, joten lääkärin tulee edelleen punnita huolellisesti käytön mahdolliset edut ja haitat määrätessään potilaalleen lääkkeeksi melatoniinia.