甲状腺激素作用的靶细胞是全身细胞。
例如交感神经这样的神经细胞，会引起心动过速和恐慌，容易发怒，容易兴奋。也作用于心肌细胞，直接引起心动过速。同时甲状腺激素也作用于胃肠细胞，促进胃肠蠕动加快，大便次数增多，表现为腹泻。此外，甲状腺激素同时对大脑发育有明显作用，促进大脑发育。另外，骨的发育也有比较明显的作用。如果胎儿或婴幼儿甲状腺激素缺乏，就会发生呆小病。