Das übergeordnete Steuerorgan für die innere Uhr liegt im Gehirn. Es befindet sich dort in einer zweiteiligen Struktur aus Nervenzellen, dem suprachiasmatischen Nukleus (SCN). Die Aktivität des SCN regelt die Vorgänge im menschlichen Körper, die im Tagesrhythmus ablaufen, also viele verschiedene Stoffwechselprozesse, die zu unterschiedlichen Tageszeiten ihr Maximum und Minimum besitzen, sowie den Schlaf-Wach-Rhythmus.
Dabei werden die Zyklen auch auf die Einflüsse aus der Außenwelt abgestimmt. Dies geschieht über Lichtreize, die vom Auge zum SCN geleitet werden. Von dort aus werden Informationen an die Zirbeldrüse weitergesendet, die ebenfalls ein Teil des Gehirns ist. Die Zirbeldrüse (Epiphyse) ist für die Herstellung und Ausschüttung eines Hormons zuständig, dem Melatonin. Melatonin wird bei wenig Licht beziehungsweise in der Nacht sowie im Winter vermehrt ausgeschüttet. Das Hormon bewirkt eine Zunahme der Müdigkeit sowie des Weiteren eine Stimmungssenkung. Durch Melatonin kommt es auch zur typischen Winterdepression. Umgekehrt wird im Hellen die Ausschüttung von Melatonin gehemmt, und es kommt eher zur Wachheit und zu besserer Stimmung.
