甲状腺激素的主要作用是促进物质和能量代谢，促进生长发育。甲状腺激素是胎儿、新生儿脑发育的重要激素，甲状腺激素也可协同生成生长激素，调控幼年期生长发育。甲状腺激素可以调节新陈代谢，提高能量代谢，增加体内发热。
甲状腺激素调节物质代谢，加速肠粘膜葡萄糖吸收，增加外周组织糖利用，对糖原合成和分解有加速作用。甲状腺激素可以促进脂肪的合成和分解，加快脂肪代谢的速度。生理状态会促进蛋白质的合成，但甲状腺激素过多会抑制蛋白质的合成，导致分解增加。甲状腺激素过剩或缺乏时，机体任何器官或组织都不会受到损伤。