Štítná žláza je jednou ze součástí osy hypotalamus-hypofýza-štítná žláza, která je ukázkovým příkladem systému řízení s negativní zpětnou vazbou. Produkce a sekrece tyroxinu a trijodtyroninu štítnou žlázou jsou stimulovány hypotalamickým hormonem thyrotropin-releasing hormonem a hormonem přední hypofýzy thyrotropinem. Hormony štítné žlázy zase inhibují produkci a sekreci hormonu uvolňujícího tyreotropin i tyreotropinu. Snížená produkce hormonů štítné žlázy vede ke zvýšené sekreci tyreotropinu, a tím ke zvýšené sekreci hormonů štítné žlázy. Tím se koncentrace hormonů štítné žlázy v séru obnoví na normální úroveň (pokud není štítná žláza vážně poškozena). Naopak zvýšená produkce hormonu štítné žlázy nebo podávání vysokých dávek hormonu štítné žlázy inhibuje sekreci tyreotropinu. V důsledku této inhibice mohou sérové koncentrace hormonů štítné žlázy klesnout k normálním hodnotám. Složité interakce mezi hormony štítné žlázy a tyreotropinem udržují sérové koncentrace hormonů štítné žlázy v úzkých mezích. Pokud je však štítná žláza vážně poškozena nebo pokud dochází k nadměrné produkci hormonů štítné žlázy nezávisle na stimulaci tyreotropinem, vzniká hypotyreóza (nedostatek štítné žlázy) nebo hypertyreóza (nadbytek štítné žlázy).
Jak bylo uvedeno výše, velká část trijodtyroninu produkovaného každý den vzniká dejodací tyroxinu v extratyreoidálních tkáních. Přeměna tyroxinu na trijodtyronin se výrazně snižuje v reakci na mnoho nepříznivých stavů, jako je podvýživa, úraz nebo nemoc (včetně infekcí, rakoviny a onemocnění jater, srdce a ledvin). Tvorbu trijodtyroninu také inhibuje hladovění a některé léky, zejména amiodaron, lék používaný k léčbě pacientů s poruchami srdečního rytmu. V každé z těchto situací dochází ke snížení sérových a tkáňových koncentrací trijodtyroninu. Toto snížení produkce trijodtyroninu může být prospěšnou adaptací na hladovění a nemoci, protože snižuje odbourávání bílkovin a zpomaluje využití živin pro tvorbu tepla, čímž udržuje integritu tkání a šetří energetické zdroje.
Štítná žláza plodu začíná fungovat přibližně ve 12. týdnu těhotenství a její funkce se poté postupně zvyšuje. Během několika minut po narození dochází k náhlému zvýšení sekrece tyreotropinu, po kterém následuje výrazné zvýšení sérových koncentrací tyroxinu a trijodtyroninu. Koncentrace hormonů štítné žlázy pak postupně klesají a v době puberty dosahují dospělých hodnot. Sekrece hormonů štítné žlázy se zvyšuje u těhotných žen. Proto ženy s nedostatkem štítné žlázy, které otěhotní, obvykle potřebují vyšší dávky hormonů štítné žlázy, než když těhotné nejsou. U starších dospělých dochází k malým změnám v sekreci štítné žlázy ve srovnání s mladšími dospělými
.