La morfologia cellulare del tireocita può variare a seconda dello stato di attività funzionale, ma generalmente la forma è regolare, cubica o clindrica colonnare, tipica degli epiteli semplici, con nucleo in posizione centrale o leggermente eccentrica, e frequente presenza di granuli nel citoplasma contenenti colloide, fortemente reattivi alle colorazioni specifiche. Nel citoplasma si possono inoltre osservare numerosi mitocondri, lisosomi e un apparato del Golgi ben sviluppato, in particolare durante le fasi di attiva secrezione ormonale. In casi di scarsa attività o ipotrofia patologica le cellule possono assumere un aspetto piatto-squamoso, e il numero di strutture citoplasmatiche diminuire sensibilmente. I tireociti sono cellule decisamente polarizzate, disposte regolarmente in forma di epitelio monostratificato, con una base poggiante su una membrana basale sotto la quale risiede lo stroma ghiandolare con i vasi sanguigni in cui vengono liberati gli ormoni prodotti, e un margine libero dotato di mircovilli che si affaccia alle tipiche cavità follicolari di forma sferoidale del tessuto tiroideo, in cui viene immagazzinata la tireoglobulina, sotto forma di colloide.