褪黑激素（Melatonin）是一種荷爾蒙，由松果體分泌，日夜分泌的節奏為夜高晝低。褪黑激素可協助睡眠、降低血壓、增強免疫力、清除自由基、強化抗氧化能力及抑制腫瘤壞死因子等。運動會影響褪黑激素的分泌，此可能與運動時程、環境照明、運動強度及持續時間有關。白天從事單次運動會使褪黑激素短暫上升或維持不變，夜間從事運動反而會減緩褪黑激素的分泌；此外，漸進性長期運動會增高褪黑激素濃度，劇烈運動則會降低。

劇烈運動會引起發炎反應，產生自由基，並引起肌肉傷害。在2011年11月的J Pineal Res.中，西班牙學者Ochoa JJ等探討褪黑激素是否可改善由於急性劇烈運動所過度產生的發炎媒介質、氧化壓力和生化參數變化。受試者從事持續跑步的運動課程，結果運動會伴隨出現血中的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、介白素-6（IL-6）、介白素-1β（IL-1β）明顯增高，尿中8-hydroxy-2'-deoxyguanosine （8-OHdG）和isoprostane含量增高，這些顯示體內的氧化壓力和發炎反應增強。實驗組在高強度運動時口服褪黑激素，可明顯降低氧化壓力的反應（脂肪過度氧化較低，抗氧化酵素活性明顯增高），維持細胞的完整性，減少後續的組織傷害；此外口服褪黑激素可防制過度出現發炎前驅物質媒介質，抑制多種發炎前驅細胞動力素作用，進而發揮保護作用。推論在劇烈運動前使用褪黑激素，會減少肌肉傷害。

2012年3月的Physiol Behav.中，西班牙學者Maldonado MD等報導足球員在運動前服用褪黑激素可以消除氧化壓力，改善免疫防衛功能和脂肪代謝。結果發現急性運動訓練會：

（1）令實驗組和對照組增高脂質過氧化代謝產物，但服用褪黑激素者在運動經過15和60分鐘時的血液檢體中，脂質過氧化代謝產物會明顯降低。

（2）對照組的總抗氧化活性（total antioxidant activity, TAS）顯著低於實驗組，在從事高強度運動達60分鐘時會出現顯著差異。

（3）實驗組的三酸甘油酯量低於對照組。

（4）免疫研究顯示，實驗組只有在運動後60分鐘時才出現IgA增高現象，最後兩組無差異。

可見在急性運動競賽時，使用褪黑激素可反轉氧化壓力，改善防衛能力和脂肪代謝。