Melatoninereceptoren kunnen in verschillende categorieën worden onderverdeeld. Het eerste onderscheid is dat tussen melatoninereceptoren 1 en 2 (ML1 en ML2), die elk hun eigen specifieke plaats en gedeeltelijk ook hun eigen specifieke functie hebben. Beide zijn membranen aan de buitenkant waarvan melatonine kan worden afgezet. Wanneer dit type binding optreedt, wordt een reeks processen binnen de cellen door bepaalde G-eiwitten in gang gezet, hetgeen leidt tot de effecten van melatonine op de cel. Er is ook een derde categorie receptoren die zich niet op het celmembraan bevinden, maar daarbinnen. Deze categorie receptoren wordt echter alleen aangetroffen bij bepaalde diersoorten en speelt bij de mens geen rol van betekenis.

De hierboven genoemde melatonine 1 en 2 receptoren worden aangetroffen in de structuur van bepaalde cellen in talrijke organen. Temporele informatie, die gebaseerd is op de oscillerende (schommelende) concentratie van melatonine, wordt doorgegeven aan de weefsels en het hele organisme.

De hoogste dichtheid van melatoninereceptoren is te vinden in bepaalde delen van de hersenen. Interessant is dat de melatonine-receptoren bij elke soort heel anders zijn verdeeld. Bij knaagdieren en zoogdieren bijvoorbeeld worden receptoren vooral aangetroffen in de gebieden die de biologische klok en de functies van de gonaden (organen die nodig zijn voor de productie van geslachtshormonen voor de voortplanting) regelen, terwijl bij de mens, naast de biologische klok die de meeste receptoren bevat, receptoren worden aangetroffen in het cerebellum en de hersenschors, maar niet in de gebieden die de functies van de gonaden regelen. Dit bevestigt dat de functie van melatonine in de loop van de evolutie is veranderd, en dat niet alle bevindingen van diersoorten ondubbelzinnig in aanmerking kunnen worden genomen voor de mens. Naast receptoren in de hersenen zijn nog vele andere bindingsplaatsen ontdekt in perifere organen, zoals de pancreas, de lever, de ogen, de opperhuid, bepaalde bloedvaten, het darmkanaal en delen van de geslachtsklieren. De precieze functie van deze receptoren is nog onderwerp van uitgebreid onderzoek. Zeker is dat deze bindingsplaatsen helpen het dag/nachtritme te verbinden met specifieke organische functies. Anderzijds zou melatonine ook de bijkomende functie hebben om, eenvoudig gezegd, de interactie tussen verschillende organen te “reguleren” en te “synchroniseren”.

Naast zijn functie als receptorzender, zoals hierboven beschreven, bezit melatonine ook een antioxiderende werking. In dit geval heeft het geen specifieke bindingsplaatsen nodig, maar werkt het als een krachtige vrije-radicalenvanger. In dit geval kunnen de resultaten van dierproeven rechtstreeks op de mens worden overgebracht, aangezien deze functie uitsluitend het gevolg is van de moleculaire structuur van melatonine: omdat melatonine toegang heeft tot elke cel, kan het alle organen beschermen zodra het deze is binnengedrongen. Aangezien dit hormoon hoofdzakelijk ’s nachts wordt geproduceerd en het gemakkelijk door de bloed-hersenbarrière kan dringen, kan de rol ervan tijdens de nachtelijke slaap worden omschreven als preventief tegen oxidatieve stoornissen zowel in de zenuwcellen van de hersenen als in andere organen. Dit helpt ons ook de talrijke positieve effecten van melatonine te begrijpen die niet rechtstreeks verband houden met de interactie met bepaalde receptoren, maar die sterk zijn door hun antioxiderende werking, zowel in het menselijk als in het dierlijk organisme.