As concentrações de hormônios tireoidianos e o grau dos seus efeitos biológicos são controlados pelo eixo hipotálamo-hipófise-tireóide.

O hormônio liberador de tirotropina (TRH ou TRF) é liberado pelo hipotálamo em resposta às concentrações de hormônios da tireoide livres na circulação.

A resposta da glândula tireoide ao estímulo do TSH inclui a síntese, o armazenamento, a secreção e o metabolismo da T4 e da T3.

Mais de 99% da concentração total de T3 e T4 está ligada pelas proteínas séricas, não estando disponível para provocar uma atividade biológica. É somente a fração livre que está disponível imediatamente para ligar o seu receptor e estimular uma resposta do órgão-alvo ou dos tecidos-alvo.

Em indivíduos com eutireoidismo, somente uma pequena proporção da concentração total de T3 na circulação sistêmica provém da secreção direta da glândula tireoide propriamente dita.

A importância clínica da determinação do T3 sérico total está no diagnóstico dos distúrbios da tireoide.

Concentrações elevadas de T3 podem ser encontradas na doença de Graves e na maioria das demais causas clássicas do hipertireoidismo.

Concentrações reduzidas ocorrem em hipotireoidismos primários, tais como a tireoidite de Hashimoto e o hipotireoidismo neonatal, ou o hipotireoidismo secundário devido a disfunções no nível hipotalâmico-hipofisário.