甲状腺素是甲状腺滤泡合成及分泌的激素，以游离形式释放入血循环，大部分迅速与血浆蛋白结合，结合部分的甲状腺素没有生物活性，只有小部分不与蛋白结合的呈游离状态，称为游离三碘甲状腺原氨酸、血清游离甲状腺素。血浆中游离甲状腺素的生理功能诸如生长发育、能量和物质代谢、调节体温等。甲状腺功能紊乱会严重影响神经、心血管、胃肠道功能，所以游离甲状腺素增高是诊断临床甲亢的首选指标。
游离甲状腺素增高多见于弥漫性甲状腺肿伴甲亢、甲状腺炎伴甲亢、甲状腺毒性腺瘤、甲状腺制剂服用过量、垂体性甲亢等。正常妊娠妇女血浆蛋白浓度增高而使总甲状腺素增高，但血清游离甲状腺素的浓度不受妊娠影响，血清游离甲状腺素对妊娠妇女的甲状腺功能判断显得尤为重要。总之，血清游离甲状腺素是一种具有真正生理活性的激素，人体内血清游离甲状腺素的浓度不仅能反映机体甲状腺功能，而且机体其它器官和脏器的病变与血清游离甲状腺素的浓度改变也密切相关。因此，测定血清游离甲状腺素的浓度已成为诊断甲状腺疾病和了解非甲状腺疾病患者甲状腺功能的重要手段，是临床诊断甲亢的首选指标。