La tiroxina (3,5,3′,5′-L-tetrayodotironina, T4) es una hormona sintetizada y segregada por la glándula tiroides, y desempeña un papel importante en la regulación del metabolismo. La T4 se segrega en la circulación como respuesta a la hormona pituitaria TSH (hormona estimulante del tiroides). La secreción de la T4 se regula mediante un mecanismo de retroalimentación negativa en el que intervienen la glándula tiroides, la glándula pituitaria y el hipotálamo. En la circulación, el 99,95% de T4 se enlaza de forma reversible a las proteínas transportadoras, principalmente globulina fijadora de tiroxina (TBG) y, en menor medida, a la albúmina y la prealbúmina. La T4 no unida o libre es metabólicamente activa y la T4 unida es metabólicamente inactiva, y actúa como reserva. Las concentraciones de TBG se mantienen razonablemente constantes en los individuos sanos. Sin embargo, se sabe que el embarazo, el exceso de estrógenos, los andrógenos, los esteroides anabólicos y los glucocorticoides alteran los niveles de TBG y pueden causar valores de tiroides falsos para las pruebas de la función tiroidea. Cuando los niveles de T4 se ven alterados por alguna de estas situaciones podrían no reflejar con precisión el estado de la tiroides.
Un fallo grave de la glándula tiroides podría producir una liberación excesiva (hiper) o por debajo de lo normal (hipo) de T4 o T3. Además, dado que la función tiroidea está directamente afectada por la TSH, la disfunción de la pituitaria o el hipotálamo influye en la actividad de la glándula tiroides. Una afección en cualquier parte del sistema tiroides-pituitaria-hipotálamo puede afectar a los niveles de T4 y T3 en sangre.