Тироксин (Т4), поряд з трийодтироніном (Т3), виробляється фолікулярними клітинами щитовидної залози (А-клітинами) і перебуває під контролем тиреотропного гормону (ТТГ). Для синтезу цих гормонів потрібні йод і тирозин.
Як «резервний» продукт для синтезу гормонів у щитовидній залозі формується проміжний білок – тиреоглобулін, який накопичується в фолікулах залози. У здорових тварин Т4 є основним продуктом секреції щитовидної залози, а Т3 виділяється в незначній кількості. У крові гормони щитовидної залози зв'язуються з білками, причому Т4 має більшу здатність до зв'язування, ніж Т3. Менше 1% Т4 і Т3 циркулює в крові в незв'язаній «вільній» формі.
У собак до тиреоїд-зв'язуючих білків належать тироксин-зв'язуючий глобулін (ТСГ), тироксин-зв'язуючий преальбумін (ТСПА), альбумін і деякі ліпопротеїни плазми. ТСГ є основним зв'язуючим білком у собак, але він відсутній у кішок. Нижча концентрація ТСГ і відмінності в структурі між видами пояснюють низький рівень сироваткового Т4 і швидкий метаболізм Т4 у собак порівняно з людьми. Тільки вільні або незв'язані форми гормонів щитовидної залози проникають у клітини для реалізації своєї біологічної функції або для регулювання секреції ТТГ гіпофізом. Зв'язані з білком тиреоїдні гормони слугують як запас, який повільно входить в обіг у міру того, як гормон звільняється від зв'язуючих білків і проникає в клітини. Входження тиреоїдних гормонів у клітини опосередковується транспортними білками. Т3 входить у клітини швидше, швидше активується і має в кілька разів потужнішу дію, ніж Т4.
Гормони щитовидної залози утворюють гормон-рецепторний комплекс з рецепторами в ядрах клітин, який потім проникає в ядро і зв'язується з хроматином, впливаючи надалі на експресію багатьох генів, що кодують синтез ферментів. Гормони щитовидної залози також мають деякі негеномні впливи, які реалізуються через рецептори в плазматичній мембрані і цитоплазмі. Гормони щитовидної залози регулюють багато процесів обміну речовин шляхом зміни концентрації та активності багатьох ферментів.
Тиреоїдні гормони впливають на метаболізм субстратів, вітамінів і мінералів, швидкість секреції та деградації практично всіх гормонів, а також на відповідь тканини-мішені на ці гормони. Гормони щитовидної залози мають велике значення в розвитку плода, особливо при формуванні нервової та кісткової систем. Тиреоїдні гормони надають стимулюючий вплив на калоригенез, синтез білків і ферментів, а також практично на всі етапи вуглеводного та ліпідного обміну, включаючи синтез, мобілізацію та деградацію речовин. Крім того, гормони щитовидної залози надають хронотропний та інотропний ефект на серце, збільшуючи кількість і афінність бета-адренергічних рецепторів до катехоламінів. Ці гормони необхідні для адекватного функціонування організму.