La glándula tiroidea es uno de los componentes del eje hipotálamo-hipófisis-tiroides, que es un excelente ejemplo de sistema de control de retroalimentación negativa. La producción y secreción de tiroxina y triyodotironina por parte de la glándula tiroides son estimuladas por la hormona hipotalámica liberadora de tirotropina y la hormona hipofisaria anterior tirotropina. A su vez, las hormonas tiroideas inhiben la producción y secreción de la hormona liberadora de tirotropina y de la tirotropina. La disminución de la producción de la hormona tiroidea da lugar a un aumento de la secreción de tirotropina y, por tanto, de la hormona tiroidea. Esto restablece las concentraciones séricas de la hormona tiroidea a niveles normales (si la glándula tiroidea no está gravemente dañada). Por el contrario, el aumento de la producción de hormona tiroidea o la administración de dosis elevadas de hormona tiroidea inhiben la secreción de tirotropina. Como resultado de esta inhibición, las concentraciones séricas de hormona tiroidea pueden descender hacia niveles normales. Las complejas interacciones entre la hormona tiroidea y la tirotropina mantienen las concentraciones séricas de hormona tiroidea dentro de límites estrechos. Sin embargo, si la glándula tiroidea está gravemente dañada o si hay una producción excesiva de hormona tiroidea independiente de la estimulación de la tirotropina, se produce hipotiroidismo (deficiencia tiroidea) o hipertiroidismo (exceso de tiroides).
Como se ha indicado anteriormente, gran parte de la triyodotironina producida cada día se produce por desiodinación de la tiroxina en los tejidos extratiroideos. La conversión de tiroxina en triyodotironina disminuye significativamente en respuesta a muchas condiciones adversas, como la desnutrición, las lesiones o las enfermedades (incluidas las infecciones, el cáncer y las enfermedades hepáticas, cardíacas y renales). La producción de triyodotironina también se ve inhibida por la inanición y por varios fármacos, especialmente la amiodarona, un medicamento utilizado para tratar a los pacientes con trastornos del ritmo cardíaco. En cada una de estas situaciones, las concentraciones de triyodotironina sérica y tisular disminuyen. Esta disminución de la producción de triyodotironina puede ser una adaptación beneficiosa a la inanición y a la enfermedad porque reduce la descomposición de las proteínas y ralentiza el uso de los nutrientes para generar calor, manteniendo así la integridad de los tejidos y conservando los recursos energéticos.
La glándula tiroidea del feto comienza a funcionar alrededor de las 12 semanas de gestación, y su función aumenta progresivamente a partir de entonces. A los pocos minutos del nacimiento se produce un aumento repentino de la secreción de tirotropina, seguido de un marcado incremento de las concentraciones séricas de tiroxina y triyodotironina. A continuación, las concentraciones de hormonas tiroideas disminuyen gradualmente, alcanzando los valores adultos en el momento de la pubertad. La secreción de hormonas tiroideas aumenta en las mujeres embarazadas. Por lo tanto, las mujeres con deficiencia tiroidea que se quedan embarazadas suelen necesitar dosis más altas de hormona tiroidea que cuando no están embarazadas. Hay pocos cambios en la secreción tiroidea en los adultos mayores en comparación con los adultos jóvenes.