甲狀腺刺激素是由腦下垂體前葉所分泌的醣蛋白賀爾蒙，其受下視丘所調控，也會被血液中三碘甲狀腺原氨酸(T3, triiodothyronine)和四碘甲狀腺原氨酸(T4, thyroxine)負向調控。生理上，甲狀腺刺激素的濃度會隨著日夜變化，在夜間達到最高，而在每日的白天十點和晚上四點為最低。

臨床上檢驗血液中甲狀腺刺激素的濃度，可以用來初步評估目前甲狀腺機能狀態，此檢驗項目採用高敏感檢測方法，其檢測最低極限值可到0.008 uIU/mL，不需如傳統檢測方式，需搭配TRH刺激試驗。

血液中甲狀腺刺激素的濃度，會因為疾病而影響。以下疾病會造成甲狀腺刺激素偏高，如原發性甲狀腺機能低下症、橋本氏甲狀腺炎、恢復期的亞急性甲狀腺炎、非甲狀腺疾病及對甲狀腺素抗性，反之，在以下疾病會造成甲狀腺刺激素偏低，如原發性甲狀腺機能亢進症、續發性甲狀腺高能症(由腦垂腺或下視丘病變所引起)、真性甲狀腺病變、毒性多結節狀甲狀腺腫、自發性的甲狀腺激素分泌、接受外源性甲狀腺激素治療及已治療的葛瑞夫茲症。