Les deux principales hormones sécrétées par la thyroïde sont la T4 (tétra-iodothyronine ou thyroxine) et la T3 ( triiodothyronine).
La quantité d'hormones produites dépend d'autres glandes. C'est l'hypothalamus qui commande à l'hypophyse de produire l'hormone TSH (pour thyroid stimulating hormone). À son tour, l'hormone TSH stimule la thyroïde à produire des hormones. On peut détecter une hypo ou une hyperactivité de la glande thyroïde en mesurant le taux de TSH dans le sang.
Le mécanisme de rétrocontrôle implique l'hypotalamus, l'hypophyse et la glande en question. Le système de rétrocontrôle favorise la libération d'une autre hormone (rétrocontrôle positif) ou inhibe la libération de l'hormone circulant en excès dans le sang (rétrocontrôle négatif).
En hypothyroïdie, le taux de TSH est élevé car l'hypophyse réagit au manque d'hormones thyroïdiennes (T4 et T3) en sécrétant davantage de TSH. Par ce moyen, l'hypophyse tente de stimuler la thyroïde à produire plus d'hormones. En situation d'hyperthyroïdie (lorsqu'il y a trop d'hormones thyroïdiennes), l'inverse se produit : le taux de TSH est bas parce que l'hypophyse tente de « calmer » la glande thyroïde, le rétrocontrôle négatif alerte l'hypotalamus, qui réduit sa production de TRH.