Циркадный ритм контролируется специальным отделом мозга  — гипоталамусом. Он обрабатывает световые сигналы от зрительного нерва и вызывает запуск некоторых молекул-посредников, передающих информацию от одного нейрона другому. Ученые выделяют пять таких посредников, которые контролируют наши циклы сна и бодрствования. Это серотонин, дофамин, норадреналин, ацетилхолин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Последняя способствует сну, а остальные повышают бдительность и препятствуют засыпанию. Во время бодрствования количество этих молекул-посредников сильно увеличивается. Самое большое желание спать возникает между двумя и четырьмя часами ночи, когда наступает пик циркадного ритма, а самая высокая активность у большинства людей наступает во второй половине дня с часу до трех, хотя точное время может отличаться в зависимости от индивидуальных особенностей. Утром глаза подвергаются воздействию интенсивных световых сигналов, в результате чего повышается температура тела, увеличивается выработка «гормона стресса» — кортизола и задерживается выделение «гормона сна» — мелатонина. Но конечно, в условиях уменьшенного светового дня в зимние периоды, при работе в помещениях с низкой освещенностью и частых переездах, основные регуляторные системы, отвечающие за цикл «сон-бодрствование», сбиваются.

Выработка мелатонина эпифизом (эндокринная железа) активируется в темноте. Именно поэтому специалисты рекомендуют спать с выключенным светом, повесить дома плотные шторы и не пользоваться гаджетами ночью. После высвобождения мелатонин перемещается по мозгу в особое скопление нейронов — супрахиазматическое ядро — и попадает оттуда в близлежащие кровеносные сосуды для распространения в остальные части тела. Когда уровень этого гормона снижается, мы можем испытывать не только сезонные перепады настроения, но общие сбои в здоровье. Не так давно были получены результаты исследования, которые говорят о связи мелатонина с работой сердечно-сосудистой системы. Ученые обнаружили, что гормон может оказывать положительное влияние на работу сердца и стабилизировать артериальное давление.

Несмотря на то, что сон считается важным процессом, до сих пор не совсем понятно, почему он необходим. Есть несколько физиологических процессов, которые происходят в мозге во время сна и важны для функций организма. Ученые предполагают, что сон и, в частности, сновидения,  представляют собой механизм воспроизведения и обработки умственных стимулов для извлечения из них смысла и создания воспоминаний. Также многие исследователи считают, что сон необходим для систематизации физического «мусора» в мозге, который накапливается во время бодрствования человека. Таким примером «мусора» является образующийся из белковых молекул бета-амилоид, который, по мнению ученых, со временем наносит вред тканям мозга и ухудшает память у пожилых людей. В результате у них развиваются нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера. Международные путешествия и смена часовых поясов могут нарушить естественный циркадный ритм и вызвать трудности со сном, особенно в первые дни, когда организм приспосабливается к новой среде. Нарушения сна часто являются предметом клинических исследований, потому что они сопровождают почти все типы психических заболеваний. Именно поэтому так важно отслеживать свои суточные ритмы и корректировать время, длительность сна и отдыха при переездах или смене рабочего графика.