即甲狀腺細胞分泌的四碘甲腺原氨酸（T₄，又稱甲狀腺素）和三碘甲腺原氨酸（T₃）。正常人每天約分泌80～100微克甲狀腺激素，T₄占總分泌量的90％，在外周組織中有一部分T₄轉化為T₃，T₃的活性比T₄大2～5倍，作用快；T₄作用時間比T₃長3～4倍。甲狀腺激素主要的生物學作用是促進物質與能量代謝，促進生長和發育過程。其作用廣泛，機制復雜：（1）促進新陳代謝。提高絕大多數組織細胞的耗氧率，增強產熱，使基礎代謝率升高。甲狀腺機能亢進者，基礎代謝率較正常人高30～100％，反之，甲狀腺機能減退者，基礎代謝率較正常人低20～40％。促進蛋白質合成代謝，呈正氮平衡。促進糖的吸收、肝糖元分解及外周組織對糖的利用，血糖耐量試驗可在正常范圍。促進脂類的分解、氧化。（2）促進生長發育。主要促進腦、長骨和性腺的生長與發育；促進形態分化。特別在出生后頭4個月，影響最大。（3）興奮神經系統。成年人的神經系統已分化成熟，甲狀腺激素主要使中樞神經系統興奮，甲亢患者注意力不易集中、多愁善感、喜怒無常、煩燥不安、多言及易失眠等。甲狀腺機能低落者，則中樞神經系統的興奮降低。（4）作用于心肌，增強其收縮力；加強或調制其他激素的作用。