La produzione di tiroxina e triiodotironina è regolata principalmente dall'ormone stimolante la tiroide (tireotropina, TSH), rilasciato dalla ghiandola pituitaria anteriore. Il rilascio di TSH a sua volta è stimolato dall'ormone di rilascio della tireotropina (TRH), secreto in modo pulsatile dall'ipotalamo. Gli ormoni tiroidei forniscono un feedback negativo ai tireotropi TSH e TRH: quando gli ormoni tiroidei sono alti, la produzione di TSH viene soppressa. Questo feedback negativo si verifica anche quando gli stessi livelli di TSH sono alti, causando la soppressione della produzione di TRH.