甲状腺激素对人体的生长发育、新陈代谢等多方面有着重要的生理作用。甲状腺激素能影响人体的能量代谢，一般来说，它可以使机体耗氧量增加，产热量增多，大约能提高基础代谢率18%左右。同时，它对生长发育也至关重要，尤其是对骨骼和神经系统的发育影响显著。在神经系统方面，甲状腺激素能维持中枢神经系统的正常功能，幼年时甲状腺激素缺乏会导致呆小症，表现为智力低下、身材矮小。
对代谢的影响
调节能量代谢：甲状腺激素可以提高大多数组织的耗氧率，增加产热效应。它能促进细胞内的氧化磷酸化过程，加速糖类、脂肪和蛋白质的分解，从而释放能量。例如，甲状腺功能亢进的患者往往基础代谢率升高，会出现怕热、多汗等症状；而甲状腺功能减退的患者基础代谢率降低，会有怕冷、嗜睡等表现。影响物质代谢：在糖代谢方面，甲状腺激素能促进小肠黏膜对糖的吸收，增强糖原分解，抑制糖原合成，并加强肾上腺素、胰高血糖素、皮质醇和生长素的升糖作用，使血糖升高。但同时它又能加强外周组织对糖的利用，也有降低血糖的作用。在脂肪代谢上，甲状腺激素既促进胆固醇的合成，又加速其降解，不过分解的速度超过合成。所以甲状腺功能亢进时，患者血中胆固醇含量低于正常。在蛋白质代谢中，生理剂量的甲状腺激素能促进蛋白质合成，有利于机体生长发育及各种功能活动；但甲状腺激素分泌过多时，会加速蛋白质分解，特别是骨骼肌的蛋白质分解，可导致肌肉无力，还会使尿氮排出增加。
对生长发育的作用
促进骨骼生长：甲状腺激素是骨骼正常生长和发育所必需的。它与生长激素协同作用，调控长骨的生长发育。如果在幼年时期甲状腺激素分泌不足，会导致长骨生长停滞，身材矮小，同时还会影响脑的发育，造成智力低下，即呆小症。影响神经系统发育：甲状腺激素对中枢神经系统的发育和功能维持起着关键作用。在胎儿期和新生儿期，甲状腺激素能促进神经元的增殖、迁移，以及突起和突触的形成，还能促进胶质细胞的生长和髓鞘的形成。幼年时甲状腺激素缺乏会使神经系统发育障碍，出现智力低下等问题。
对心血管系统的影响
增强心脏功能：甲状腺激素可以使心率加快，心肌收缩力增强，心输出量增加。它能提高心肌细胞膜上β受体对儿茶酚胺的敏感性，从而增强心肌的兴奋性和传导性。甲状腺功能亢进患者常表现为心动过速，严重时可导致心律失常。同时，甲状腺激素还能调节血管的张力，影响血管的舒缩功能，对维持正常的血液循环有重要意义。