Melatonina ma właściwości oksydacyjne, czyli jest w stanie zmniejszać niekorzystny wpływ stresu oksydacyjnego na przebieg procesów metabolicznych zachodzących w naszym organizmie. Nadmierna aktywność reaktywnych form tlenu wiązana jest z chorobami takimi jak miażdżyca, choroba Parkinsona, Alezheimera czy z procesem nowotworzeni (powstawaniem tkanek nowotworowych).
Melatonina aktywuje enzymy antyoksydacyjne, a także – wg niektórych źródeł – zwiększać może syntezę glutationu, silnego wewnątrzustrojowego „wymiatacza” wolnych rodników oraz działać synergicznie z witaminami C i E. Co ciekawe antyrodnikowe działanie melatoniny związane jest także z wyjątkowo silnym potencjałem antyoksydacyjnym jej metabolitów, (takich jak N-acetylo-N-formylo—metoksykynuramina).
Możliwość zastosowania melatoniny w leczeniu chorób, w których istotną rolę odgrywa stres oksydacyjny jest dobrze udokumentowana w badaniach klinicznych. Wielu autorów jednak wskazuje na konieczność podkreślenia prewencyjnego potencjału tego związku.
W ostatnich latach pojawiają się prace naukowe podnoszące kwestię roli melatoniny w profilaktyce chorób układu krążenia, których występowanie powiązane jest z aktywnością reaktywnych form tlenu (miażdżyca). Do tej pory udało się ustalić, że melatonina może chronić frakcję lipoproteinową LDL przed utlenieniem zwiększając zdolności antyoksydacyjnej osocza. Może to mieć szczególne znaczenie dla osób zagrożonych miażdżycą, ponieważ proces oksydacji LDL związany jest nierozerwalnie z powstawaniem tego schorzenia.
Tak więc podobnie, jak suplementy zawierające witaminy C i E, kwas alfa liponowy czy rozmaite flawonoidy stosowane są w celu wzbogacenia jadłospisu w przeciwutleniacze, również i preparat dostarczające melatoninę mogą być traktowane jako „antyoksydacyjne” i stanowić cenne uzupełnienie diety.
Melatoninę najlepiej przyjmować przed snem w dawce od 2 do 5 mg, choć są też przesłanki ku temu, by stosować ją przed treningiem, ze względu na jej wpływ na sekrecje hormonu wzrostu.