O eixo hipotálamo pituitária tireoide controla a síntese do, a libertação e a ação do hormônio tireoidiano. O hormônio liberador de tirotropina (TRH) secretada pelo hipotálamo estimula a síntese e a libertação de tirotropina ou do hormônio estimulante da tireoide (TSH). A TSH, por sua vez, estimula a síntese, o armazenamento, a secreção e o metabolismo da tiroxina (T4) e da tri-iodotironina (T3). As características essenciais da produção e do armazenamento do hormônio tireoidiano são: captação de iodo; iodação de resíduos de tirosina presentes na molécula da tireoglobulina; a ligação das monoiodotirosinas (MIT) com as diodotirosinas (DIT) para formar T4 e T3; armazenamento das tironinas como a tireoglobulina na glândula tireoide e a libertação dos hormônios tireoidianos na circulação. Uma vez libertadas na circulação, a maior parte de T4 e T3 ligam-se às proteínas transportadoras. Elas mantêm a temperatura do corpo, estimulam a calorigênese e afetam todos os aspectos do metabolismo dos carboidratos, assim como certas áreas do metabolismo dos lipídios e das vitaminas. O desenvolvimento fetal e neonatal também necessita dos hormônios da tireoide. A tiroxina é medida geralmente no soro humano como T4 total. Ela é utilizada como um teste de rastreamento da tireoide separadamente ou conjuntamente com outros testes da tireoide. A medição da T4 total fornece uma imagem fiável do estado da tireoide na ausência de anomalias de ligação. Contudo mudanças nas proteínas de ligação podem ocorrer, afetando o nível de T4 total, mas deixando inalterado o nível de hormônio livre. A importância clínica da determinação da T4 total consiste no diagnóstico e na confirmação de distúrbios da tireoide. Níveis elevados de T4 ocorrem na doença de Graves, na tireoidite subaguda, no nódulo tóxico ou no hipertireoidismo secundário (pituitário). Níveis reduzidos ocorrem em casos de hipotireoidismo primário, tais como a tireoidite de Hashimoto e o hipotireoidismo neonatal ou hipotireoidismo secundário devido a defeitos no nível hipotalâmico-hipofisário.