甲状腺激素作用的靶细胞是全身的组织细胞。甲状腺激素的靶细胞有神经细胞、心肌细胞和胃肠道细胞等。
甲状腺激素分泌不足会降低心率减慢的基本代谢率，影响患者的情绪。因为甲状腺激素有多种作用，不同细胞的作用也不同。作用于性腺，促进青少年个体发育，作用于肝脏和骨骼肌，增加热量的产生。甲状腺激素还能增加细胞氧化率，产生热调节物质代谢，促进生长发育。