Dopo la secrezione, solo una piccolissima percentuale di ormoni tiroidei viaggia liberamente nel sangue. La maggior parte di essi è legata alla globulina legante la tiroxina (circa il 70%), alla transtiretina (10%) e all'albumina (15%). Solo lo 0,03% di T4 e lo 0,3% di T3 che viaggiano liberamente hanno un'attività ormonale. Inoltre, fino all'85% del T3 nel sangue viene prodotto in seguito alla conversione da T4 di iodotironina deiodasi in organi attorno al corpo.