As concentrações de hormônios tireoidianos e o grau dos seus efeitos biológicos são controlados pelo eixo hipotálamo hipófise tireóide. O hormônio liberador de tirotropina (TRH ou TRF) é liberado pelo hipotálamo em resposta às concentrações de hormônios da tireoide livres na circulação. A resposta da glândula tireoide ao estímulo do TSH inclui a síntese, o armazenamento, a secreção e o metabolismo da T4 e da T3. Mais de 99% da concentração total de T3 e T4 está ligada pelas proteínas séricas, não estando disponível para provocar uma atividade biológica. É somente a fração livre que está disponível imediatamente para ligar o seu receptor e estimular uma resposta do órgão alvo ou dos tecidos alvo. Em indivíduos com eutireoidismo, somente uma pequena proporção da concentração total de T3 na circulação sistêmica provém da secreção direta da glândula tireoide propriamente dita. A importância clínica da determinação do T3 sérico total está no diagnóstico dos distúrbios da tireoide. Concentrações elevadas de T3 podem ser encontradas na doença de Graves e na maioria das demais causas clássicas do hipertireoidismo. Concentrações reduzidas ocorrem em hipotireoidismos primários, tais como a tireoidite de Hashimoto e o hipotireoidismo neonatal, ou o hipotireoidismo secundário devido a disfunções no nível hipotalâmico-hipofisário.