甲状腺素是甲状腺滤泡细胞合成及分泌的激素，以游离形式释放入血循环中，大部分迅速与血浆蛋白相结合。结合部分的三碘甲腺原氨酸(T3)、四碘甲腺原氨酸(T4)没有生物活性，其高低不能反映甲状腺的功能状态，只有很小一部分不与蛋白质结合，呈游离状态，称为血清游离三碘甲腺原氨酸(FT3)、血清游离甲状腺素(FT4)。两者最能直接反映甲状腺功能状态，并且不受血中甲状腺素结合球蛋白浓度及结合力改变的影响。
生理功能:
甲状腺生成的T3 、T4运送到血液循环中后，与蛋白质结合， FT3、FT4是循环血中甲状腺激素的活性部分，具有生物活性，与T3、T4在血液中保持相对恒定，维持其正常的生理功能，因此其高低能较准确地反应甲状腺功能状态，它不受血中TBG和含碘杂质的影响，近年来已广泛应用于临床，其敏感性和特异性均明显超过总T3(TT3)和总T4 (TT4)。正常值FT49～25 pmol/L;FT33～9pmol/L(RIA)。
甲状腺受到TSH的作用，释放甲状腺激素时，腺上皮细胞先通过吞饮作用把滤泡腔内的甲状球蛋白吞入腺细胞，在溶酶体蛋白水解酶的作用下，使甲状球蛋白分解，解脱下来的T4和T3因能抗拒脱碘酶的作用，分子又小，可以透过毛细血管进入血液循环。甲状球蛋白分子上的T4数量远远超过T3，所以分泌的激素中T4约占总量的90%，T3分泌量较少，但其活性大，是T4的5倍。T4每日分泌总量约96μg，T3约30μg。T4释放入血后，一部分与血浆蛋白结合，另一部分则呈游离状态在血中运输，两者之间可以互相转变，维持T4、T3在血液中的动态平衡，因为只有游离型，才能进入细胞发挥作用。T3释放入血后，因为与血浆蛋白的亲和力小，主要以游离型存在。每天约有50%的T4脱碘转变为T3，故T3的作用不容忽视。
甲状腺腺细胞有很强的摄取碘的能力。人体每天从饮食摄取100～200μg碘，其中约有1/3碘进入甲状腺。甲状腺含碘总量约8000μg，占全身含碘量的90%，说明甲状腺具有很强的泵碘能力。甲状腺功能亢进，泵碘能力超过正常，摄入碘量增加;低下时则低于正常，摄入碘量减少。故临床把甲状腺摄取放射性碘(131I)的能力作为常规检查甲状腺功能的方法之一。
