A globulina de ligação à tiroxina (TBG) é uma das principais proteínas transportadoras tanto para a tiroxina (T4) quando para a triiodotironina (T3); as outras proteínas transportadoras do hormônio da tireóide são a pré-albumina de ligação a tiroxina (TBPA) e a albumina. A TBG, embora presente em quantidades significativamente inferiores que a TBPA e albumina, possui uma afinidade superior com os hormônios da tireóide, e, portanto, é a principal proteína transportadora. Em indivíduos saudáveis, menos de 0,05% do total de T4 circulante se apresenta como hormônio livre. A fração ligada é distribuída entre as proteínas transportadoras da seguinte maneira: TBG: 70-75%; TBPA: 15-20%; Albumina: 5-10%. O T4 livre e o ligado estão presentes em um equilíbrio que se tende a estabelecer devido aos níveis alterados das proteínas transportadoras, induzindo uma alteração correspondente no nível total de T4 circulante e deixando o nível de T4 livre relativamente inalterado. Logo, a concentração de T4 livre pode ser esperada em correlação mais próxima que a concentração total de T4 com o estado clínico da tireóide, já que um resultado de T4 total anormal pode significar uma anormalidade na função da tireóide ou simplesmente uma variação (fisiológica ou patológica) nas proteínas transportadoras. Desta forma, por exemplo, as elevações de TBG típicas da gravidez, contraceptivos orais e terapia estrogênica causarão um aumento no nível de T4 total, frequentemente além dos níveis normais, sem induzir uma elevação correspondente no nível de T4 livre. Novamente, as alterações no nível de TBG por vezes ocultam os efeitos de função anormal da tireóide através da elevação do nível de T4 total em um doente hipotiroidiano, ou baixando o de um doente hipertiroidiano. Aqui, também, a concentração de T4 livre refletirá tipicamente o estado atual da tireóide do doente com mais precisão que a concentração de T4 total.