La triiodotironina ha anche meccanismi di azione non-genomici che, quindi, non coinvolgono la regolazione dell'espressione genica. Questo meccanismo di azione avviene grazie all'interazione fra la triiodotironina e alcune proteine della membrana cellulare e della membrana mitocondriale, che regolano, per esempio, il traffico di ADP e ATP dall'interno del mitocondrio.