Gli ormoni tiroidei, a loro volta, sono in grado di regolare la produzione di TSH da parte dell'ipofisi. Infatti, in condizioni normali, se la concentrazione di ormoni tiroidei nel sangue tende a ridursi, l'ipofisi aumenta la produzione di TSH. La tiroide risponde all'aumento del TSH nel sangue producendo più ormoni tiroidei per ristabilire l’equilibrio. Quando i livelli di ormoni tiroidei nel sangue diventano normali, l'ipofisi riduce la produzione di TSH.