甲状腺激素T4(甲状腺素)和T3(三碘甲状腺素)的分泌由垂体促甲状腺激素调节。TSH（促甲状腺激素）的分泌又受到甲状腺激素的负反馈调控。血清游离T4和TSH浓度之间存在对数线性反比关系，简单来说就是如果血液中T4的浓度提高1倍，则TSH的浓度则会降低2倍，这意味着血清游离T4浓度发生非常微小的变化就可导致血清TSH的浓度大幅度反向改变，所以在甲状腺功能的检测中TSH占有重要的地位。
甲状腺功能检测可在多种临床情况下实施，主要用于评估甲状腺功能不全、左甲状腺素治疗是否充分，以及监测甲亢的治疗。在机体处于稳态且没有垂体或下丘脑疾病时，最适合用于评估甲状腺功能的指标为血清TSH，不过患者可能存在甲状腺功能障碍症状时，测定血清TSH以及甲状腺激素水平仍有重要意义。具体到实际应用时常用的三种临床情况如下：
●在门诊筛查评估甲状腺功能时，血清TSH的敏感性和特异性都高于血清游离T4，原则上如果TSH正常则不需进一步检查；如果血清TSH高则检测游离T4，以确定甲减的程度；如果血清TSH低则检测游离T4和T3，以确定甲亢的程度。不过在实际的工作中筛查甲状腺功能时通常是这三种指标同时检查，以排除某些特殊的情况。
●当用甲状腺功能来监测左甲状腺素的治疗 时则需要根据情况来选择指标，对于正在接受左甲状腺素替代治疗的原发性甲减症患者，监测中可以只评估血清TSH。因为通常来说在评估原发性甲减症时左甲状腺素的剂量是否合适，血清游离T4测量的敏感性极低。除非TSH极高时，游离T4测定有助别确定适当的剂量增，反之亦然；而继发性甲减应通常使用血清游离T4值来调整甲状腺激素剂量，因为患者因垂体或下丘脑疾病而出现继发性甲减且无TSH释放或TSH释放受损，此时应使游离T4水平保持在正常范围的上半部分；在甲状腺癌治疗时对于使用左甲状腺素抑制TSH分泌以预防甲状腺癌复发的患者甲状腺功能的检测同样有一定意义；在用于甲状腺结节和甲状腺肿监测时，极少数患者会使用左甲状腺素轻度抑制TSH，以防止甲状腺肿组织生长或再生长。
●用于监测甲亢药物治疗时，因为在使用抗甲状腺药物、放射性碘或手术的早期甲亢治疗中，血清TSH可能在数周内都低于正常值，在少数患者中可持续数月，所以治疗的初始监测应包括定期临床评估、测定血清游离T4以及频繁测定总T3水平。在许多类型的甲亢中，血清T3和血清T4相比可能高得不成比例。此外，抗甲状腺药物可能会使血清游离T4水平恢复正常，但血清T3水平有可能持续升高。在确定患者处于稳态后，可仅通过血清TSH来评估疗效。
