O TSH é sintetizado e secretado pela hipófise anterior em resposta a um mecanismo de feedback negativo, que envolve concentrações de T3 livre e T4 livre. Além disso, a produção de TSH é diretamente estimulada pelo hormônio liberador de tireotrofina (TRH). O TSH interage com receptores celulares específicos na superfície das células da tireóide e exerce duas ações principais.
A primeira ação é estimular a hipertrofia e a reprodução celular. A segunda é estimular a glândula tireóide para sintetizar e secretar T3 e T4. Ela é especialmente útil no diagnóstico diferencial entre hipotireoidismo primário (tireóide), secundário (hipófise) e terciário (hipotálamo). No hipotireoidismo primário, os níveis de TSH são significativamente elevados, enquanto no hipotireoidismo secundário e terciário, os níveis de TSH são baixos. Normalmente, a resposta do TSH à estimulação do TRH é ausente nos casos de hipotireoidismo secundário e varia de normal a exagerada no ipotireoidismo terciário. Historicamente, a estimulação do TRH tem sido utilizada para confirmar o hipotireoidismo primário, indicado por níveis elevados de T3 e T4 e níveis baixos ou não detectáveis de TSH. Valores aumentados: hipotireoidismo primário (aumento de 3 a 100 vezes o normal), hipotireoidismo subclínico. Valores diminuídos: hipertireoidismo, gestação (em alguns momentos na gravidez, o HCG compete com o TSH, passando a dirigir a tireóide; não é incomum encontrar, no primeiro e segundo mês da gravidez, TSH suprimido e T4 livre elevado com HCG >100.000 unidades).
