O TSH é muito sensível a perturbações no controle da tireoide devido à sua relação log-linear com a albumina.

O diagnóstico de hipertireiodismo é confirmado pela supressão de TSH e níveis baixos de T4 em uma amostra de soro e, em casos difíceis, pode-se avaliar a concentração de T3.

No hipotireoidismo, o aumento de T3 é quase sempre proporcional ao aumento de T4, portanto uma estimativa dos níveis de T3 pode permitir uma identificação mais precoce de tirotoxicose.

A dosagem do anticorpo antiperoxidase (Anti-TPO) pode ser útil no diagnóstico e no monitoramento de doenças autoimune da tireoide, no hipotireiodismo e na estimulação de anticorpos contra o receptor tireiodiano na tirotoxicose.