A glândula tiróide é um componente do eixo hipotálamo-hipófise-tiróide, que é um excelente exemplo de um sistema de controle de feedback negativo. A produção e secreção de tiroxina e triiodotironina pela glândula tireóide são estimuladas pelo hormônio hipotalâmico liberador da tirotropina e pela tirotropina do hormônio pituitário anterior. Por sua vez, os hormônios tiroidianos inibem a produção e secreção tanto do hormônio liberador da tirotropina quanto da tirotropina. A diminuição da produção de hormônio tireoidiano resulta em aumento da secreção de tirotropina e, portanto, aumento da secreção de hormônio tireoidiano. Isto restaura as concentrações séricas de hormônio tiroidiano para níveis normais (se a glândula tireoide não for severamente danificada). Por outro lado, o aumento da produção de hormônio tiroidiano ou a administração de altas doses de hormônio tiroidiano inibe a secreção de tirotropina. Como resultado dessa inibição, as concentrações séricas de hormônio tiroidiano são capazes de cair para níveis normais. As complexas interações entre o hormônio tireoidiano e a tirotropina mantêm as concentrações séricas de hormônio tireoidiano dentro de limites restritos. No entanto, se a glândula tiróide estiver gravemente danificada ou se houver produção excessiva do hormônio tiroidiano independentemente da estimulação da tirotropina, segue-se hipotiroidismo (deficiência da tiróide) ou hipertiroidismo (excesso de tiróide).
Como observado acima, grande parte da triiodotironina produzida a cada dia é produzida pela desiodinização da tiroxina nos tecidos extratireóides. A conversão da tiroxina em triiodotironina diminui significativamente em resposta a muitas condições adversas, tais como desnutrição, lesões ou doenças (incluindo infecções, câncer, e doenças hepáticas, cardíacas e renais). A produção de triiodotironina também é inibida pela fome e por vários medicamentos, nomeadamente a amiodarona, um medicamento utilizado para tratar pacientes com distúrbios do ritmo cardíaco. Em cada uma destas situações, as concentrações séricas e teciduais de triiodotironina diminuem. Esta diminuição na produção de triiodotironina pode ser uma adaptação benéfica à inanição e à doença, pois reduz a degradação das proteínas e retarda o uso de nutrientes para gerar calor, mantendo assim a integridade dos tecidos e conservando os recursos energéticos.
A glândula tiróide fetal começa a funcionar por volta das 12 semanas de gestação, e a sua função aumenta progressivamente a partir daí. Em poucos minutos após o nascimento há um aumento súbito da secreção tirotropina, seguido por um aumento acentuado das concentrações séricas de tiroxina e triiodotironina. As concentrações de hormonas tiroideias diminuem gradualmente, atingindo valores adultos no momento da puberdade. A secreção da hormona tiroidiana aumenta nas mulheres grávidas. Portanto, as mulheres com deficiência de tiróide que engravidam geralmente precisam de doses mais altas de hormônio tireoidiano do que quando não estão grávidas. Há pouca mudança na secreção tireoidiana em adultos mais velhos, em comparação com adultos mais jovens.