Pengukuran klinis fungsi tiroid yang paling umum digunakan seperti T3, T4 dan TSH penting untuk diagnosis berbagai gangguan tiroid. Tidak ada tes laboratorium yang dapat mendiagnosis jenis penyakit tiroid tertentu dengan akurasi 100%, tetapi kombinasi dari 2 tes atau lebih biasanya dapat mengukur fungsi tiroid yang abnormal minimal sekalipun. Seperti disebutkan sebelumnya, kelenjar tiroid menghasilkan T4 dan T3, tetapi produksi ini harus distimulasi oleh TSH di kelenjar hipofisis, yang pada gilirannya diatur oleh TRH di hipotalamus. Mengetahui hal ini bisa sangat membantu dalam menentukan kondisinya. Misalnya, kadar T4 yang rendah dapat mengindikasikan penyakit tiroid atau kelenjar hipofisis yang tidak berfungsi (tidak dapat merangsang kelenjar tiroid untuk menghasilkan T4). Biasanya, T4 yang lebih rendah menghasilkan pelepasan TSH dari kelenjar hipofisis. Jika kadar TSH tinggi, kelenjar tiroid (tetapi bukan kelenjar hipofisis) kurang aktif. Jika T4 rendah dan TSH tidak tinggi, lesi mungkin berada di kelenjar hipofisis. Kelenjar hipofisis memiliki dampak yang signifikan pada pengobatan, karena kelenjar ini juga mengatur kelenjar lain di dalam tubuh (kelenjar adrenal, ovarium, dan testis), mengontrol pertumbuhan dan fungsi ginjal normal pada anak-anak. Kerusakan kelenjar hipofisis berarti bahwa kelenjar lain mungkin juga tidak berfungsi, dan pengobatan kerusakan kelenjar ini lebih penting daripada kelenjar tiroid. Penyebab paling umum dari gangguan kelenjar hipofisis adalah tumor kelenjar hipofisis, yang harus diangkat melalui pembedahan. Umumnya, kadar TSH yang rendah sudah cukup untuk mempertahankan fungsi tiroid normal. Pada hipotiroidisme seperti hipotiroidisme dini, TSH meningkat, meskipun T4 dan T3 tetap dalam kisaran normal. Kenaikan ini mencerminkan respons kelenjar hipofisis terhadap penurunan hormon tiroid darah yang bersirkulasi dan biasanya merupakan tanda pertama dari gangguan tiroid. TSH biasanya rendah pada fungsi tiroid normal, dan hormon tiroid yang bersirkulasi rendah dengan TSH yang meningkat secara abnormal menunjukkan kerusakan pada kelenjar hipofisis. interpretasi kadar TSH tergantung pada tingkat hormon tiroid, sehingga pengukuran TSH biasanya digabungkan dengan tes tiroid lainnya seperti T4 dan T3. T4 adalah yang paling umum digunakan dari semua tes tiroid dan mencerminkan jumlah hormon tiroid dalam darah. T4 umumnya merupakan tes fungsi tiroid yang baik jika pasien tidak minum obat tiroid apa pun, dan meskipun T3 hanya 20%, beberapa pasien memiliki kadar T4 normal dan T3 tinggi. Oleh karena itu, kombinasi kedua pengukuran tersebut memberikan penilaian fungsi tiroid yang lebih akurat.