下丘脑垂体甲状腺轴保证机体甲状腺激素的相对恒定。下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素（TRH），能正反馈促进垂体分泌促甲状腺激素（TSH），垂体促进甲状腺分泌甲状腺激素（T3、T4），保证人体需求。这些激素可以互相影响，维持动态平衡。

甲状腺激素T3、T4水平较高时，不仅可以抑制垂体分泌TSH，还可以影响下丘脑，减少TRH的分泌量，从而使甲状腺激素的分泌量减少。甲状腺T3、T4水平较低时，又可以兴奋下丘脑、垂体，使TRH、TSH增多，继而又可以兴奋甲状腺使T3、T4产生增多。这种兴奋与抑制的关系，使甲状腺产生的T3、T4控制在一个正常的水平。

甲状腺激素具有多个靶器官，可以促进生长发育、调节新陈代谢、增强能量代谢、调节糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢等。也可以影响器官系统功能，如兴奋神经系统，对心脏的活动有显著的影响，可使心率增快(正性变时效应)、心肌收缩力增强(正性变力效应)、心输出量和心肌耗氧量增加。

由于甲状腺激素具有十分重要的作用，因此需由下丘脑垂体甲状腺轴进行精密调控，保持水平始终在正常范围内波动。