哺乳动物昼夜节律钟的中心是一个基于负转录/翻译的反馈回路:BMAL1: clock /NPAS2 (ARNTL: clock /NPAS2)异二聚体通过结合CRY和PER基因启动子中的E-box元件来激活它们;然后CRY和PER蛋白抑制BMAL1:CLOCK/NPAS2的反式激活。BMAL1:CLOCK/NPAS2在早晨激活CRY、PER和其他几个基因的转录。在白天，PER和CRY蛋白水平升高，在下午和晚上抑制CRY、PER和其他BMAL1:CLOCK/ npas2激活基因的表达。在夜间，CRY和PER蛋白通过磷酸化和多聚泛素化降解，从而在早晨再次开始循环。
BMA11（ARNT1）基因的转录由ROR-α和ROR-ERBA（NR1D1）控制，两者都是BMA11：钟/ NPAS2的靶标，其中两者都在BMAL1中竞争相同的元素（RORE）启动子。ROR-alpha（RORA）激活BMAL1的转录;Rev-erba抑制BMA11的转录。这种相互控制形成昼夜时钟的二级增强环。Rev-Erba在BMAL1上显示了强烈的昼夜节律和派昼夜表达。
BMAL1可以与CLOCK或NPAS2形成异源二聚体，它们作用冗余，但表现出不同的组织特异性。BMAL1:CLOCK和BMAL1:NPAS2异源二聚体激活一组基因，在其启动子中具有E-box元件(共识CACGTG)。这赋予了基因上的昼夜节律表达。PER基因(PER1, PER2, PER3)和CRY基因(CRY1, CRY2)是被BMAL1:CLOCK和BMAL1:NPAS2激活的基因。PER和CRY mRNA在上午积累，蛋白质在下午积累。PER和CRY蛋白在胞质中形成复合物，这些复合物被CSNK1D或CSNK1E激酶结合，使PER和CRY磷酸化。磷酸化的PER:CRY:激酶复合物由于PER和CRY的核定位信号而易位入核。在细胞核内，PER:CRY复合物结合BMAL1:CLOCK和BMAL1:NPAS2，抑制它们的反式激活活性和磷酸化。这减少了BMAL1:CLOCK和BMAL1:NPAS2靶基因在下午和晚上的表达。
PER:由于PER的核输出信号，CRY复合物也会从核外进入胞质。在夜间PER:CRY复合物多聚苯胺化和降解，使循环再次开始。磷酸化的PER与Beta-TrCP1结合，Beta-TrCP1是一些SCF E3泛素连接酶的胞质F-box型组分。CRY是通过FBXL3结合的，FBXL3是一些SCF E3泛素连接酶的核质F-box型成分。一磷酸腺苷激活激酶(AMPK)对CRY1的磷酸化增强了CRY1的降解。PER和CRY随后被26S蛋白酶体多聚泛素化和蛋白水解。
昼夜钟表是细胞 - 自主的，但不是身体的所有细胞都表现出新陈代谢，细胞分裂和基因转录中的昼夜节律。下丘脑中的核心核（SCN）是身体的主要时钟，并从轻的（通过视网膜神经元）和营养摄入的次要输入接收其主要输入。SCN和其他脑组织决定唤醒和喂养循环，并通过激素分泌和神经刺激影响其他组织中的时钟。独立于SCN，其他组织如肝脏接收来自脑和营养素的信号的输入。