Oś podwzgórze-przysadka-tarczyca Synteza i wydzielanie hormonów tarczycy, uzależnione jest od dwóch czynników: dostarczenia jodu oraz działania tyreotropiny – TSH (thyroid stimulating hormone). W warunkach prawidłowych, przysadka mózgowa produkując TSH pobudza tarczycę do produkcji T3 i T4. Główną jednak kontrolę na produkcją i uwalnianiem hormonów tarczycy ma produkowana przez podwzgórze tyreoliberyna TRH (tyreotropin releasing hormone), która działa na uwalnianie TSH. Układ ten bywa nazywany osią podwzgórze – przysadka – tarczyca i podlega ona ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu. Oznacza to, że duży poziom hormonu stojącego na "niższym" szczeblu tej drabiny, powoduje zahamowanie produkcji hormonów stojących wyżej. Innymi słowy, wysoki poziom T3,T4, powstały wskutek nadczynności tarczycy powoduje zablokowanie produkcji TSH i TRH, co objawia się ich niskim stężeniem we krwi. Dla potrzeb klinicznych do oceny gospodarki hormonalnej osi podwzgórze – przysadka – tarczyca zwykle oznaczane są tylko TSH, T3 i T4, choć niekiedy do oceny wystarczające jest oznaczenie samego TSH.