生物钟是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性。这个“时钟”会回应外部的信号，特别是光信号，使身体内部的时间与环境时间达到同步。生物钟究竟由大脑的哪个部位控制呢？目前，科学家鉴定出了哺乳动物的生物钟调节器是位于下丘脑的视交叉上核（简称SCN），通过SCN控制松果体调节褪黑素分泌的水平，从而帮助哺乳动物调节昼夜节律和其他生物效应。
如果SCN区域被破坏，啮齿动物就丧失了它们在进食和其他行为方面的生理节奏。
一个人坐飞机一天之内就可以跨越大半个地球，但生物钟的转变可不会这么快，所以人体就会产生时差发应。即使视觉神经传递给大脑“现在是白天”的信息，可身体还是会在原定时间内分泌褪黑素，让人昏昏欲睡，直到生物钟自我调整到适应新时区的昼夜。一般跨越的时区越多，“倒时差”需要的时间越长。
有研究发现，与向东穿越时区相比，人体更适应向西飞行。这是因为控制生物钟或昼夜节律的细胞的运作日程表并不是24小时制，它们的一天更接近24.5小时。所以朝着延长一天时间的方向，即向西飞行时，生物钟的调节会容易一些。
当然，时差反应并不只出现在乘坐飞机的人群中，即使宅在家中不出门也会产生“时差”。这种现象被称为“社交时差综合征”，“患者”主要是那些休息日与工作日作息不同的人群，比如，工作日早睡早起，而周末却晚睡晚起，这种切换同样会导致人体生物钟与外界时间不同步。一项研究就发现，相比周末也能按时起床的人来说，周末和工作日睡眠时间天差地别的人更容易长胖，新陈代谢也会出现问题。