甲狀腺荷爾蒙影響細胞氧化的過程，腦下垂體分泌TSH會刺激T4與T3的合成，儲存於甲狀腺的Thyroglobulin，也因應身體的需求，在TSH的控制下，分泌T4。循環中的T4與Prealbumin及Thyroxine-binding globlin (TBG)結合，在懷孕的情況時，Estrogen上昇，血中TBG上昇，T4也上昇。而未與蛋白質結合的自由形態甲狀腺荷爾蒙負回饋調控TSH的分泌。大部分的T3是在肝臟中由T4轉換來的，在很多種急性和慢性的疾病，例如癌症，炎症，飢餓，初生兒與老年人，會因為代謝障礙，T4正常，T3偏低，rT3(reverse T3)增加。
甲狀腺荷爾蒙影響所有生理的機能，所以在新生兒的篩檢中會列入TSH的檢查，避免因為荷爾蒙不足造成心智發育的不可逆傷害。
甲狀腺的疾病可依功能分類為三群，一群是病人具有甲狀腺腫，良性或惡性腫瘤，在甲狀腺荷爾蒙的分析並沒有上昇或低下的現象，稱為euthyroid。第二群是機能亢進，例如Graves，多結甲狀腺腫，腺瘤等造成甲狀腺亢進，表現神經質，心悸，體重減輕，眼球突出，潮紅，顫抖，多汗的症狀，稱為hyperthyroidism，第三群是hypothyroidism，機能低下，通常是病人經過甲狀腺炎的階段，破壞結果導至荷爾蒙不足，表現虛弱，遲鈍，乾燥皮膚，憂鬱，微胖的症狀。
T4
對甲狀腺的篩檢，T4是最常被選擇的項目，對於T4偏低的病人，習慣上是觀察TSH來分別原發或者次發的甲狀腺機能低下，如果問題出在甲狀腺本身稱為原發，此時腦下垂體會拼命製造TSH來刺激甲狀腺製造釋出T4，甲狀腺細胞被刺激增生，造成明顯的甲狀腺突出腫大，但是還是無法做出足夠的T4，所以檢驗結果TSH很高。有時候問題是出在腦下垂體，TSH不足，T4也自然偏低。
T4偏高的病人，我們可以看看T3的報告是否也上昇作為佐證。有一小部份的病人，是T3毒性甲狀腺腫(T3 Thyrotoxicosis)，T4正常，只有T3偏高。在甲狀腺機能亢進的病史進行初期接受檢驗，也會得到T4正常，T3偏高的結果，相同的數據也會出現在已知甲狀腺機能亢進治療中，復發的結果。也有的病人是單純的T4上昇，稱為T4毒性甲狀腺腫。
有很多人測到上昇的T4，臨床上並沒有相關的症狀，例如estrogen 使TBG上昇，所以T4，T3也都上昇，新生兒剛生下來時TSH很高，3-5天後會降下來，T4也會有短暫上昇的現象。在Islet cell tumors時，thyroid-binding prealbumin上昇，能與T4結合，不能與T3結合，因此T4上昇，T3正常。歸納起來，這些人都與能結合甲狀腺荷爾蒙的蛋白質或藥物影響有關。
T3
病人在臨床上表現甲狀腺機能亢進的症狀，如果T4是在正常範圍之內，T3的檢查能夠提供正確的診斷，這是因為亢進的情況下，T3常常是一個領先表現的指標。雖然T3在白天數據稍有輕微的變化，一般沒有必要依著採血時間作調整，但是如果對於治療中使用T3的病人，服用後2-4小時會達到血清值頂點大約正常值的2-6倍，24小時後才回到接近正常值。如果治療時持續使用T4的藥物，血清T3值會慢慢上昇，幾個星期以後就會達到穩定的現象。
T3也會與TBG結合，所以T3值也和受測者TBG濃度變化相關。T3不適合作為甲狀腺機能低下的評估，有相當高的比率(30%)T4先行低落，TSH也開始上昇，但是T3由於代償還在正常值，直到臨床甲狀腺機能低下顯著時，T3才落下來。另外還有許多病人，問題不是出在腦下垂體，甲狀腺先表現T3低值的報告，如果其他疾病更嚴重時，T3，T4才都掉下來，這些情形稱為NTI (nonthyroidal illness)，例如心肌梗塞後幾天內T3就會掉了50%，一般NTI的病人，甲狀腺功能檢查雖然異常，臨床上不會有相關的症狀產生。
TSH
TSH的測定可以分別原發或者次發甲狀腺機能低下的病人，也可用來偵測原發性甲狀腺機能低下者治療的效果。如果想用TSH來評估甲狀腺機能亢進的病人，就需要使用到高敏感度的檢驗試藥，目前本實驗室選擇測定低限到0.03uU/ml的試藥，足以應付這一方面的需求。使用TSH高感度試藥，可以發現TSH血清濃度每天循環在夜間上昇一次，只是變動的輻度並不高。
TSH的報告在正常值內，一般可以排除甲狀腺功能有問題的懷疑，但是TSH偏高或偏低的報告並不一定表示甲狀腺功能有問題。在症狀上表現甲狀腺機能亢進的病人，T4，T3，上昇，TSH會偏低。平均值在0.05-0.11uU/ml之間。嚴重的病人會落到這個範圍的1/10以下。但是，有相當比率的病人，TSH偏低，並不會表現甲狀腺機能亢進的症狀，這在NTI的病人或使用藥物(類固醇，dopamine) 相當普遍。NTI的病人在疾病的恢復時期，TSH會昇到甚至超過正常值的程度，1-4個月內回到正常值。
在使用T4治療甲狀腺機能低下的病人，就會將TSH壓低達正常值以下。在原發性甲狀腺機能低下時，TSH一般都高於10uU/ml。在很輕微的甲狀腺問題時，不會表現低下的臨床症狀，但是血清TSH表現補償性的上昇。在極少的情況下，病人具有分泌TSH的腦下垂體腫瘤，或者過度增生，表現出TSH與T4都上昇的結果。在腎上腺機能不足的時候也會TSH上昇的現象，可以使用皮質類固醇來處理這一種情形。
Free Thyroxine
Free T4的檢查是用來觀察懷疑有結合蛋白質異常的病人，以及病人的症狀與T4，T3，TSH報告不能配合時使用。由於生理上具有活性的荷爾蒙，是以自由形態存在，回饋控制TSH也是自由形態，未與蛋白質結合的甲狀腺荷爾蒙。
在NTI的病人，free fatty acids 自由脂肪酸被認為會與血清蛋白質上的T4結合基結合競爭，這一類的病人在FreeT4的報告，就有可能會上昇，正常或偏低，與臨床上的觀察並不一定一致。在NTI的病人，如果只有\fs24 T3下降，FreeT4大部份是正常或上昇，如果T3，T4都下降，一般FreeT4也下降。
T3 Uptake，Free T4 Index (FTI)
T3 Uptake 是代表結合蛋白質在體內與甲狀腺荷爾蒙結合，飽合的程度。當T4乘以T3 Uptake(%)時，可以作為 Free T4 Index (FTI)，預測Free T4存在的程度。這一個檢查，在結合蛋白質，例如TBG的濃度非常高和非常低的情況下，FTI就無法正確的代表Free T4濃度的變化，因此這一個檢查使用的頻率漸漸減少，Free T4檢驗的數量就有上昇的趨勢。
Thyroglobulin
Thyroglobulin是T4，T3的前驅蛋白質，甲狀腺濾泡細胞合成的。Thyroglobulin對於甲狀腺的活性是一個很好的指標，在甲狀腺機能亢進時，報告會偏高，如果在正常範圍以下，可能是thyrotoxicosis factitia，人為藥物引起的。病人有甲狀腺腺瘤，乳頭狀癌，滋胚層(trophoblastic)疾病或腎衰竭時也會有上昇的現象。反之，在甲狀腺退化，手術去除，甲狀腺荷爾蒙治療時，Thyroglobulin會偏低。
由於有多種毛病都會引起thyroglobulin上昇，所以懷疑癌症的病人在手術前的測定並沒有太大的意義。但是甲狀腺癌的病人手術切除後，thyroglobulin檢查是一個相當敏感的檢查，完全清除時表現低值，超過15ng/ml時，代表癌細胞的轉移。
甲狀腺炎表示有白血球的浸潤或者纖維化，腺胞破壞，也會測到thyroglobulin在血液中昇高的結果，但是如果在產生thyroglobulin抗體的情況下，例如Hashimoto's thyroiditis，抗體會干擾這一個檢查。
Thyrotropin Releasing Hormone，TRH test
當懷疑病人的甲狀腺有問題時，檢驗報告產生模稜兩可時，可以檢查TRH test，這一個檢查也可以在使用甲狀腺荷爾蒙治療時，觀察TSH被抑制的程度。
TRH test的做法是先抽血得到TSH的基礎量，再經血管注射TRH，在第20，30，60分鐘採血檢驗TSH，正常人在第20，30分鐘處，TSH會達到最高點，比基礎量上昇2-25uU/ml，由於TSH上昇的程度與TSH基礎量的濃度成比，所以這一個檢查，可以用高感度的TSH測定達到相同的目的。
在腦下垂體有問題的病人，TRH test結果會顯示TSH的高峰會延遲到用藥後45分鐘以上才出現。在抑鬱的病人中有相當高的比率也有這一種延遲反應，因此可作為抑鬱病人的診斷。
Thyroglobulin Antibodies (ATA)
Thyroid Microsomal Antibodies (AMA)
ATA用來診斷病人 Hashimoto's thyroiditis，橋本氏甲狀腺炎，這是一種自體免疫的淋巴瘤性甲狀腺腫，這一種疾病偏好女性，表現高效價的ATA。Graves氏症也是一種自體免疫的甲狀腺毒症，表現甲狀腺機能亢進，浸潤性的眼部和皮膚病變，30%的病人ATA陽性，85%的病人AMA陽性。對於Graves氐症的病人藥物治療時，在緩解的過程如果發展成甲狀機能低下時，ATA的抗體效價一般會上昇。
AMA目前是認為一種在甲狀腺細胞細胞膜上的蛋白質，Peroxidase，變性產生的抗體。AMA也是用來診斷橋本氏甲狀腺炎和預測疾病的進行。上了年紀的婦女也有20%的機會，會被測到低效價的抗體。病人在產後產生甲狀腺功能異常時，也常常會被測到AMA抗體出現。在原發性Myxedema黏液水腫，也有可能被測到AMA的存在。黏液水腫是兒童到成年人甲狀腺功能嚴重不足表現的疾病。