丙硫氧嘧啶是抗甲状腺药物，作用主要是在甲状腺组织内抑制甲状腺对于碘的摄取，抑制四碘甲状腺原氨酸的合成和甲状腺素从甲状腺滤泡内释放到体外。

丙硫氧嘧啶是抑制从甲状腺组织分泌出的四碘甲状腺原氨酸即T4向T3的转换，在血液循环中T4向T3的转换中有脱碘酶，而丙硫氧嘧啶可以抑制脱碘酶，使T4向T3的转换减少。而没有生物学活性作用的反T3转化增加，所以丙硫氧嘧啶在体内对于治疗甲状腺功能亢进症，可以发挥作用。