甲状腺素是由甲状腺滤泡合成及分泌的激素，分泌入血后99％以上迅速与血浆蛋白结合。虽然结合型甲状腺素在血中占绝大多数，但是真正发挥生理作用的是游离甲状腺激素，被称为血清游离三碘甲状腺原氨酸FT3和血清游离甲状腺素FT4。甲状腺激素以激素库的方式维持游离甲状腺素的稳定，当机体需要时保证体内新陈代谢对甲状腺激素的持续需要。血浆中游离甲状腺素只占0.03％，其生理功能诸如生长发育、能量代谢、调节体温等。
甲状腺功能紊乱会影响神经、心血管、胃肠等功能，因为游离甲状腺素最能直接反映甲状腺功能状态，并且不受甲状腺结合球蛋白及结合力的影响。甲亢时血清游离甲状腺原氨酸和血清游离甲状腺素的测定显著高于正常范围，甲低时低于正常范围。影响甲状腺结合蛋白的因素会影响甲状腺素的测定，如妊娠或者是口服避孕药，血浆蛋白浓度增高使甲状腺素升高、检测升高，会被误诊为甲亢。还有慢性肝病、肾病等血浆蛋白减少使甲状腺素降低，还有慢性肝病、肾病则血浆蛋白减少，可以使检测到的甲状腺素降低，被误诊为甲减。而游离甲状腺素可以避免血浆蛋白增高或降低的影响，血清游离甲状腺素是甲状腺功能体外试验的灵敏指标，即使在生理、病理情况下引起血浆结合蛋白和浓度的改变，也能准确地反映甲状腺功能。