เมลาโทนินใช้เป็นสารมาตรฐานในการวิเคราะห์และวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เพื่อตรวจวัดปริมาณเมลาโทนินในตัวอย่างต่างๆ เช่น ตัวอย่างเลือด ปัสสาวะ หรือเนื้อเยื่อ ในการศึกษาด้านการนอนหลับและจังหวะ circadian rhythm เมลาโทนินยังถูกใช้ในการพัฒนายาและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ที่ช่วยในการปรับปรุงคุณภาพการนอนหลับและลดอาการ jet lag นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาผลกระทบของเมลาโทนินต่อระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการต้านอนุมูลอิสระในร่างกาย