人的甲狀腺重20～30g，是人體內最大的內分泌腺。它位于氣管上端兩側，甲狀軟骨的下方，分為左右兩葉，中間由較窄的峽部相聯，呈“H”形。

甲狀腺由許多濾泡組成。顯微鏡下所見：濾泡由單純的立方腺上皮細胞環繞而成，中心為濾泡腔。腺上皮細胞是甲狀腺激素合成和釋放的部位，濾泡腔內充滿均勻的膠性物質，是甲狀腺激素復合物，也是甲狀腺激素的貯存庫。濾泡形態學的改變可反映腺體功能狀態：腺體活動減弱時，腺上皮細胞呈扁平狀，濾泡腔內貯存物增加；如果活動亢進，腺泡上皮呈柱狀，濾泡腔內貯存物減少。

甲狀腺分泌的有生物活性的激素有甲狀腺素（又名四碘甲腺原氨酸，T₄）和三碘甲腺原氨酸（T₃）兩種。它們是一組含碘的酪氨酸，它是以碘和酪氨酸為原料在甲狀腺腺細胞內合成。甲狀腺腺細胞有很強的攝取碘的能力。人體每天從飲食攝取100～200μg碘，其中約有1/3碘進入甲狀腺。甲狀腺含碘總量約8000μg，占全身含碘量的90％，說明甲狀腺具有很強的泵碘能力。甲狀腺功能亢進，泵碘能力超過正常，攝入碘量增加；低下時則低于正常，攝入碘量減少。故臨床把甲狀腺攝取放射性碘（¹³¹I）的能力作為常規檢查甲狀腺功能的方法之一。

碘離子被攝入甲狀腺腺泡上皮細胞后，在過氧化酶的作用下，迅速氧化為活化碘，然后經碘化酶的作用使甲狀球蛋白中的酪氨酸殘基碘化，生成一碘酪氨酸（MIT）和二碘酪氨酸（DIT）。再在縮合酶的作用下，將它們縮合成T₄或T₃。這樣，含有四種酪氨酸殘基的甲狀球蛋白貯存在濾泡腔內。

甲狀腺受到TSH的作用，釋放甲狀腺激素時，腺上皮細胞先通過吞飲作用把濾泡腔內的甲狀球蛋白吞入腺細胞，在溶酶體蛋白水解酶的作用下，使甲狀球蛋白分解，解脫下來的T₄和T₃因能抗拒脫碘酶的作用，分子又小，可以透過毛細血管進入血液循環。甲狀球蛋白分子上的T₄數量遠遠超過T₃，所以分泌的激素中T₄約占總量的90％，T₃分泌量較少，但其活性大，是T₄的5倍。T₄每日分泌總量約96μg，T₃約30μg。T₄釋放入血后，一部分與血漿蛋白結合，另一部分則呈游離狀態在血中運輸，兩者之間可以互相轉變，維持T₄、T₃在血液中的動態平衡，因為只有游離型，才能進入細胞發揮作用。T₃釋放入血后，因為與血漿蛋白的親和力小，主要以游離型存在。每天約有50％的T₄脫碘轉變為T₃，故T₃的作用不容忽視。