視床下部の視交叉上核に存在するメラトニンMT1およびMT2受容体の作動薬である。MT1受容体刺激により覚醒シグナルを抑え、MT2受容体刺激により概日リズムの位相を調整する。GABAA受容体には作用せず、鎮静によって強制的に眠らせるのではなく、生理的な睡眠への移行を促進する。筋弛緩、抗けいれん、前向性健忘作用は乏しく、ベンゾジアゼピン受容体作動薬より依存や反跳性不眠が起こりにくい。主にCYP1A2で代謝される。

不眠症における入眠困難の改善に用いられる。概日リズムの乱れが関与する高齢者や、依存性睡眠薬を避けたい患者で選択される。即効的な強い鎮静を目的とする薬ではなく、十分な効果が現れるまで一定期間を要することがある。食後直後は吸収が遅れて作用発現が遅れるため避け、就寝前に服用する。

眠気、めまい、頭痛、倦怠感、悪夢がみられる。翌朝の眠気や注意力低下が起こることがあるため、服用後の自動車運転を避ける。プロラクチン上昇やテストステロン低下など内分泌系への影響が報告されており、月経異常、乳汁分泌、性機能変化が現れた場合は評価する。依存、離脱症状、呼吸抑制はベンゾジアゼピン受容体作動薬より少ない。

フルボキサミンはCYP1A2を強く阻害し、ラメルテオン濃度を著しく上昇させるため併用禁忌である。シプロフロキサシンなど他のCYP1A2阻害薬も作用を増強する可能性がある。リファンピシンなどの酵素誘導薬は血中濃度を低下させる。アルコールや中枢神経抑制薬との併用では眠気が増える。