在正常情况下，甲状腺激素的合成与释放受下丘脑-垂体-甲状腺轴的调节。下丘脑神经细胞合成和分泌促甲状腺激素释放激素（TRH），通过垂体门脉系统到垂体前叶，促进促甲状腺激素（TSH）的合成和分泌。当血中甲状腺激素降低时，其负反馈作用减弱，下丘脑分泌的TRH和垂体分泌的TSH增加，从而刺激甲状腺激素合成与分泌增加，使血中T4、T3恢复正常。与此相反，当血中甲状腺激素增高时，其负反馈抑制作用加强，TRH及TSH分泌减少，从而使甲状腺激素合成与分泌减少。通过这种反馈调节，使甲状腺功能保持正常。在下丘脑、垂体、甲状腺疾病状态下，甲状腺激素的合成和分泌发生障碍，可导致不同疾病的发生。