硫脲类抗甲状腺药物对已经合成的甲状腺激素无效，而是在已合成的甲状腺激素被消耗的过程中才能发挥作用，丙硫氧嘧啶具有在外周组织抑制T4向T3的转化的独特作用。T3有生物学活性，而T4没有，所以发挥作用比常用的咪唑类药物，例如甲巯咪唑，作用得更加迅速，抑制甲状腺功能亢进症的症状更快。
但是因为丙硫氧嘧啶半衰期比较短，所以给药的次数要增加，需要在医生的指导下进行完成。因为丙硫氧嘧啶与蛋白质结合的比较紧密，通过胎盘和进入乳汁的量少于甲巯咪唑，所以在妊娠伴发的甲状腺功能亢进症患者优先选用。