¿Por qué nos da hambre a medianoche si nos quedamos despiertos hasta tarde, pero por otro lado no sentimos hambre cuando dormimos?

Muy simple; tu cuerpo quema más energía cuando está despierto. También notarás que la rapidez con la que sientes hambre también aumenta al aumentar el esfuerzo físico o mental (¡sí, el pensamiento quema la energía! :-)).

A veces trabajo de noche por necesidad y me siento bastante hambriento, más que si solo estuviera despierto viendo una película.

Estas observaciones se basan únicamente en mi experiencia, pero noto que es la misma cada vez.