Verschiedene Gruppen von Nervenzellen kommunizieren über Botenstoffe (Neurotransmitter) und Hormone miteinander. Die Formatio reticularis erregt den Thalamus über die Botenstoffe Noradrenalin (NA) und Acetylcholin (ACh); wir werden munter. Über einen anderer Transmitterstoff, nämlich GABA, wirkt sie bremsend auf die Aktivität des Thalamus, so dass wir müde werden; auch der Transmitterstoff Serotonin spielt beim Einschlafen eine wichtige Rolle.
Sobald es dunkel wird, produziert der Hypothalamus, der mit der Sehbahn verbunden ist, weniger vom Transmitter Histamin und einem Peptid namens Orexin – zwei Botenstoffe, die für Aufmerksamkeit und Wachheit sorgen. Bestimmte Nervenzellen des Hypothalamus kontrollieren die Aktivität des Sympathikus, ein Teil des vegetativen Nervensystems, der zusammen mit dem entgegengesetzt wirkenden Parasympathicus die meisten inneren Organe steuert. Über dieses vegetative System stimuliert der Hypothalamus die Freisetzung des Hormons Melatonin aus der Zirbeldrüse. Melatonin wird in den Abendstunden vermehrt ausgeschüttet und trägt zur Schlafeinleitung bei. Die höchste Konzentration findet sich im Blut um 3 Uhr morgens.