La hormona estimulante de la tiroides es una glicoproteína con 2 subunidades unidas no covalentemente. La subunidad alfa es similar a las de la hormona estimulante del folículo (FSH), la gonadotropina coriónica humana (hCG) y la hormona luteinizante (LH). La subunidad beta de la TSH es única, lo que da como resultado unas propiedades bioquímicas e inmunológicas de esta hormona específicas. La TSH es sintetizada y segregada por la pituitaria anterior como respuesta a un mecanismo de retroalimentación negativo en el que participan concentraciones de FT3 ( T3 libre) y FT4 ( T4 libre). Además, el tripéptido generado por el hipotálamo, la hormona liberadora de tirotropina (TRH), estimula de forma directa la producción de TSH. La TSH interactúa con los receptores específicos de las células en la superficie celular de la tiroides y realizan 2 acciones importantes. La primera acción es estimular la reproducción celular y la hipertrofia. En segundo lugar, la TSH estimula la glándula tiroides para que sintetice y segregue T3 y T4. La capacidad para cuantificar los niveles de TSH en la circulación es importante a la hora de evaluar la función tiroidea. Es especialmente útil en el diagnóstico diferencial del hipotiroidismo primario (tiroides), secundario (pituitaria) y terciario (hipotálamo). En el hipotiroidismo primario, los niveles de TSH son significativamente elevados, mientras que en el hipotiroidismo secundario y terciario, los niveles son bajos. La estimulación de la TRH distingue entre hipotiroidismo secundario y terciario observando el cambio de los niveles de TSH en los pacientes. Típicamente, la respuesta de la TSH a la estimulación por TRH está ausente en caso de hipotiroidismo secundario y se considera de normal a exagerada en caso de hipotiroidismo terciario. Históricamente, la estimulación por TRH se ha empleado para confirmar el hipotiroidismo primario, indicado por los elevados niveles de T3 y T4 y los niveles bajos o indetectables de TSH.