В мозге человека в области гипоталамуса существует клеточное образование, которое выполняет функцию внутренних часов. В этом образовании (ядре) клетки имеют примерно 24-часовой цикл активности. Причем максимальная активность этого ядра приходится на дневное время, а минимальная — на ночное.Соответственно, внутренние часы с помощью различных нервных связей управляют деятельностью других отделов мозга, например, дыхательного центра, другие отделы — так называемые вторичные ритмоводители — управляют деятельностью всего организма.

Внутренние часы узнают о том, день сейчас или ночь, от сетчатки глаза: от нее к ним тянется нервная веточка ретино-гипоталамического тракта. В сетчатке есть специальные рецепторы, которые воспринимают только интенсивность светового потока. Когда на улице начинает темнеть, импульс приходит к внутренним часам и сигнализирует клеткам, что нужно замедлять обмен веществ, приспосабливаться к ночному времени.

Простой пример рассогласования суточного цикла — перелеты, когда человек пересекает несколько часовых поясов, при этом его внутренние часы продолжают работать по-старому, но вокруг уже другое освещение и другое астрономическое время. Получается десинхроноз — рассогласование внутренних и внешних часов. Постепенно цикл выравнивается, внутренние часы переводятся в соответствии с внешним временем (обычно на это требуется несколько суток). Существует правило, которое никто не подтвердил, но часто озвучивают, что на один смещенный часовой пояс требуется один день приспособления.

Слепые люди живут по собственным суткам, которые отличаются от 24-часового цикла. Если у них нет какой-то регулярной социальной активности, они начинают жить по собственному распорядку и неплохо себя чувствуют. Или, например, внутренние часы пожилых людей с диагностированным «маразмом» (деменцией) могут показывать какое угодно время, при этом периодически менять его.

Для человека важна способность быстро перестраиваться при изменении внешнего времени. Считается, что одна треть людей не испытывает сложностей при перемещении на несколько часовых поясов, то есть их внутренние часы быстро адаптируются.

Для изучения феномена внутренних часов проводились бункерные исследования на заре космической эры, в 60-е годы прошлого века, когда спелеолог Мишель Сифр спускался в пещеру на три месяца. У него сбивались внутренние часы, они начали ходить с периодом более 24 часов. Еще известны бункерные исследования, когда добровольцы-студенты спускались в бывший военный бункер в Германии и на несколько месяцев оказывались отрезанными от окружающего мира. Было выяснено, что периодичность хода наших внутренних часов не равна периоду вращения Земли, а обычно превышает его. И поэтому каждый день мы подстраиваем внутренние часы под вращение Земли.