Gli autoanticorpi si legano al recettore per il TSH inducendo la ghiandola tiroidea a produrre un eccesso dei suoi ormoni T3 e T4 causando così l'ipertiroidismo. Per questo motivo gli autoanticorpi della malattia di Graves sono chiamati anticorpi stimolanti la tiroide (TSI) o anticorpi specifici per il recettore della tireotropina (TRAb). La continua stimolazione determina l'ingrossamento simmetrico della tiroide (gozzo).