Melatonina este deasemenea unul dintre cei mai puternici antioxidanți, ea are o eficacitate mai mare în combaterea radicalilor liberi decât betacarotenul sau vitamina C, E. Melatonina este singurul antioxidant capabil să pătrundă în celulele organismului, combătând radicalii liberi, fiind astfel dosebit de eficient în întărirea imunității. Rezultate deosebite s-au obținut și în administrarea melatoninei pentru reglarea sistemului endocrin.