甲狀腺激素是在甲狀腺細胞內生成的，生成後分泌出來進入血液循環，由血液循環帶到全身各個組織器官，對各個組織器官發揮生理作用。T4全部由甲狀腺生成；T3小部分由甲狀腺生成，大部分在甲狀腺以外的組織由T4轉變而成。
產熱效應
甲狀腺激素能使細胞內氧化速度提高，耗氧量增加，產熱增多，即是在禁食狀態下，機體總熱量的產生和氧耗中近於一半是由甲狀腺激素作用的結果，這種作用稱甲狀腺激素“生熱效應”。這種生熱效應的生理意義在於使人體的能量代謝維持在一定水平，調節體溫使之恆定。恆溫動物體溫的調節，雖然甲狀腺激素起主導作用，但必須依靠神經系統和其他內分泌系統，如垂體生長激素、腎上腺皮質激素、腎上腺髓質激素等共同協助來完成。甲狀腺激素可提高絕大多數組織的耗氧率，增加產熱，1毫克甲狀腺激素可增加產熱4185千焦耳(1000千卡)，相當於250克葡萄糖和110克脂肪所產生的熱量，效果非常明顯，但有些組織不受影響，如腦、肺、性腺、脾、淋巴結、胸腺、皮膚等等。在胚胎期大腦可因甲狀腺激素的刺激而增加耗氧率，但出生後，大腦就失去這種反應能力。甲狀腺機能亢進時產熱增加，患者喜涼怕熱，而甲狀腺機能低下時產熱減少，患者喜熱惡寒，均不能很好地適應環境溫度變化。
甲狀腺激素和促甲狀腺激素之間存在一種負反饋調節，甲狀腺激素增多會抑制促甲狀腺激素的分泌，反之也是成立的。
糖代謝
甲狀腺激素對機體糖代謝的影響包括生理劑量和超生理劑量兩個方面。生理劑量的甲狀腺激素能促進腸道對葡萄糖和半乳糖的吸收，促進糖原異生和肝糖原的合成。超生理劑量的甲狀腺激素能促進肝糖原的分解，加速糖的利用，促進胰島素的降解。因此甲亢時，可有高血糖症和葡萄糖耐量曲線降低，患者吃糖稍多，即可出現血糖升高，甚至尿糖。但是超生理劑量的甲狀腺激素可加速外周組織對糖的利用，有使血糖降低的作用。所以甲亢患者的空腹血糖仍可在正常水平，血糖耐量試驗也可在正常範圍之內。
生理上人體任何時候都處在合成代謝和分解代謝之中，因此也就時時刻刻都不斷地需要甲狀腺激素，甲狀腺根據機體的需要而產生甲狀腺激素。那麼人體每日大概需要多少甲狀腺激素呢？經研究表明，人體甲狀腺每日分泌出來的T4爲90～110微克，每日分泌出來的T3約爲5微克。T3除了由甲狀腺直接分泌出來外，還可以在外周組織由T4脫碘轉變而來，每日T4轉變生成的T3大約爲25微克。血液中T4濃度可以保持不變，只有當T4長期分泌而且大量超過正常時，如甲亢情況下，血液與組織中T4纔可能明顯增加。
如果由於甲狀腺疾病或者外周組織轉化T3的功能異常，造成甲狀腺激素產生過少，可以引起全身代謝降低；造成甲狀腺激素產生過多，可以引起全身代謝過度增高。甲狀腺激素產生過少或過多都會對身體帶來極大的壞處。