甲狀腺激素的分泌受下丘腦，腺垂體和血漿中甲狀腺激素水平的調節，以維持血漿激素水平的動態平衡，這就是下丘腦-垂體-甲狀腺軸系統。
TSH是垂體前葉分泌的一種糖蛋白，它受下丘腦的促甲狀腺激素釋放激素（TRH）刺激而釋放，血清T4，T3水平的增高則可抑制TSH的分泌，稱為負反饋。
甲狀腺尚有一種自主調節功能。碘化物的攝入量對甲狀腺的功能起直接調節作用，故甲狀腺對缺碘狀態有一定程度的自身調節代償作用。
