心脏是甲状腺激素作用的重要器官之一，甲状腺激素通过增加肾上腺素活性，增强心肌对儿茶酚胺的敏感程度，通过兴奋交感神经系统作用于心肌细胞，影响心肌收缩力和收缩的程度。这种过量的甲状腺激素可以引起心肌细胞的纤维性肥大，淋巴细胞大量浸润，甚至可以出现心肌的纤维化。
这些因素共同作用就可以引起心动过速，心脏的排血量会增加，出现心房纤颤和心力衰竭。过量的甲状腺激素可以出现甲状腺功能亢进症，这是众所周知的事情。肾上腺功能受体和儿茶酚胺的敏感性，在甲状腺功能亢进症患者也是增加状态，这也是心律失常的主要原因。