No interior da célula, a tireoglobulina sofre ação de enzimas proteolíticas. Como consequência, a tireoglobulina se fragmenta em numerosos pedaços pequenos, liberando os hormônios tireoideanos (T3 e T4) na circulação, através da outra face celular.
A síntese dos hormônios tireoidianos requer iodo (ver figura Síntese dos hormônios tireoidianos). O iodo, ingerido na alimentação e na água como iodeto, é ativamente concentrado pela tireoide e convertido em iodo orgânico (organificação) dentro das células foliculares pela peroxidase tireoidiana.
Os principais hormônios produzidos pela tireoide são os triiodotironina (T3) e tiroxina (T4) e a calcitonina. Esses hormônios controlam o metabolismo e equilíbrio entre todos os sistemas do corpo (homeostase).
Os hormônios tireoideos agem por meio de receptores nucleares e estimulam o metabolismo energético, especialmente no fígado e no músculo, aumentando a expressão de genes que codificam enzimas-chaves catabólicas.
Para identificar alterações na tireóide é necessário fazer o exame de TSH e o T4 livre, os dois são exames de sangue que medem a quantidade de hormônios na corrente sanguínea.