T₄与T₃都具有生理作用。由于T₄在外周组织中可转化为T₃，而且T₃的活性较大，曾使人认为T₄可能是T₃激素原，T₄只有通过T₃才有作用。目前认为，T₄不仅可作为T₃的激素原，而且其本身也具有激素作用，约占全部甲状腺激素作用的35%左右。临床观察发现，部分甲状腺功能低下患者的血中T₃浓度强；另外，实验证明，在甲状腺激素作用的细胞核受体上，既存在T₃结合位点，也有T₄结合位点，T₃或T₄与其结合位点的亲和力是不同的，T₃比T₄高10倍。这些资料提示，T₄本身也具有激素作用。

甲状腺激素的主要作用是促进物质与能量代谢，促进生长和发育过程。机体未完全分化与已分化的组织，对甲状腺激素的反应可以不同，而成年后，不同的组织对甲状腺的敏感性也有差别。甲状腺激素除了与核受体结合，影响转录过程外，在核糖体、线粒体、以及细胞膜上也发现了它的结合位点，可能对转录后的过程、线粒体的生物氧化作用以及膜的转运功能均有影响，所以，甲状腺激素的作用机制十分复杂。