广义的甲状腺激素包括甲状腺素(T4)、三碘甲腺原氨酸(T3)、反三碘甲腺原氨酸(rT3)、二碘甲腺原氨酸(T2)和一碘甲腺原氨酸(T1)；狭义的甲状腺激素仅指T2和T3。T4和T3都能发挥生理作用，rT3的作用是很弱的。

甲状腺激素作用于全身多系统、多器官，除了红细胞、脑、睾丸和淋巴系统外，全身所有组织的细胞都含有甲状腺激素受体。它提高机体的代谢率，增加氧耗量，促进生长发育，促使神经系统的分化和成熟。

甲状腺激素的生理作用包括：

(1)产热和耗氧

甲状腺激素加速机体细胞内的氧化速率，增加机体的氧耗量，并产生大量的热，大量的热通过皮肤散发及出汗从体内带走，增加机体的基础代谢率。

(2)对糖、脂肪和蛋白质代谢的影响

甲状腺激素加速肠道对营养物质的吸收，生理剂量的甲状腺激素促使肝脏和肌肉摄取葡萄糖并合成糖原，同时也促使组织对葡萄糖的利用；超生理剂量的甲状腺激素促使肝脏和肌肉的糖原分解、消耗糖原作用大于促使糖原合成。生理剂量的甲状腺激素既促使体内胆固醇的合成，又促使胆固醇的分解，甲亢时大量甲状腺激素促使胆固醇分解的作用大于促合成作用，使血胆固醇降低；甲状腺功能减退症（简称甲减）时低水平的甲状腺激素促使胆固醇合成作用大于促分解作用，使血胆固醇水平上升。生理剂量的甲状腺激素既促使蛋白质的合成，又促使蛋白质的分解，在甲状腺激素过多的时，对蛋白质的促分解作用大于促合成作用，机体表现为负氮平衡。

（3）对生长和发育作用

甲状腺激素促使机体的生长，组织形态分化。甲状腺激素对机体生长起到允许作用，甲状腺激素和生长激素协同，才能对骨骼发育发挥作用，临床上即使生长激素分泌正常，当甲状腺激素缺乏时，儿童生长发育受到影响，骨骺愈合减慢，骨年龄落后实际年龄。甲状腺激素对牙齿的作用与对骨骼的作用相似，甲状腺激素缺乏时，患儿表现出牙晚、牙齿不整齐、龋齿多、换牙晚等表现。临床上当家长不能对患儿甲减发生的时期提供病史时，医生可以从病人的骨年龄来粗略估计其甲减发生时的可能年龄。

(4)对神经系统的影响

甲状腺激素对大脑皮层的成熟，尤其对胎儿的神经系统的发育、分化和功能完善有着十分重要的作用，在胎儿和新生儿期发生甲状腺激素不足时，会导致智力低下、耳聋和呆小症，成人甲状腺激素缺乏会导致记忆减退、反应迟钝。甲状腺激素过多会造成交感神经系统兴奋性增加、心慌、易激动、焦虑等。

(5)对水、盐代谢的影响

甲状腺激素缺乏会导致血管通透性增加，组织间隙的钠潴留，血容量减少和抗利尿激素不恰当分泌综合征，引起体内水钠潴留、低钠血症、水肿和体重增加。

(6)对心血管系统的影响

甲状腺激素增加心血管肾上腺素能受体的数目和兴奋性，增加对儿茶酚胺的敏感性。甲状腺激素过多时，引起心率增快、心脏收缩力增强，第一心音亢进和心输出量增加；甲状腺激素不足时，引起心率减慢、心脏收缩力减弱、第一心音低钝和心输出量减少。

(7)血液系统

甲状腺激素缺乏时，骨髓组织氧化减慢，造血机能障碍；机体氧化减慢使肾脏产生红细胞生成素减少；女性甲减因月经过多和营养摄人不足等因素，使病人表现为缺铁性贫血。 (8)呼吸系统

甲状腺激素严重缺乏时，呼吸功能不足，呼吸中枢对低氧和高碳酸血症兴奋性减低，发生睡眠呼吸暂停，严重时会导致呼吸停止。

(9)胃肠道

甲状腺激素对胃肠道保持一定的动力是必需的，甲状腺激素过多时胃肠蠕动加快，表现易饥善饿，便次增多；甲状腺激素减少时胃肠蠕动减慢，表现为纳差、不思饮食，便次减少或便秘。