游离T4又称为游离甲状腺激素，游离T4偏高最常见的疾病是原发性甲亢，原发性甲亢指的是各种原因导致原发性甲状腺功能亢进症，比如像Graves病、毒性结节性甲状腺肿、高功能腺瘤，还有垂体的TSH瘤。当垂体TSH细胞发生瘤变时，就会自主性的分泌TSH，导致血清中的TSH升高，在TSH升高的同时，血清中游离T4和游离T3水平也会升高，表现出不同程度的甲状腺毒症表现。
另外，还有甲状腺激素抵抗综合征，生殖细胞的甲状腺激素受体基因发生突变，导致机体细胞的甲状腺激素受体对甲状腺激素敏感性降低，就会出现甲状腺激素抵抗综合征，表现为血清T3、T4水平升高，TSH水平也升高。