Die Freisetzung des in den thyreotropen Zellen des Hypophysenvorderlappens gebildeten TSH wird einerseits durch das Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH), ein aus dem Hypothalamus freigesetztes Tripeptid, reguliert, andererseits durch die Kombination der freien Schilddrüsenhormone im Serum.

Die Auslösung einer Hyperthyreose vom Typ des Morbus Basedow auf genetischer Grundlage durch psychische Faktoren, insbesondere sogenannte stresserfüllte Lebensereignisse (Verlustsyndrome), wird seit langem vermutet und konnte durch neuere Studien bestätigt werden.

Häufige Fehldiagnosen werden bei Patienten gestellt, bei denen sich die Hyperthyreose als Angstneurose, Panikattacke oder bizarres hyperaktives Verhalten manifestiert. Bei psychiatrischen Auffälligkeiten empfiehlt sich daher eine Screening-Untersuchung durch Bestimmung des TSH im Serum zum Ausschluss oder Nachweis einer Schilddrüsenfunktionsstörung.

TSH wird ähnlich wie andere Hormone des Hypophysenvorderlappens pulsatil freigesetzt. Die Serumkonzentrationen von TSH unterliegen einer Tagesrhythmik, wobei die höchsten Konzentrationen um Mitternacht, die niedrigsten am Nachmittag gemessen werden.

Auf der Ebene der Schilddrüsenzelle bindet TSH an einen spezifischen Rezeptor an der Zelloberfläche. Der TSH-Rezeptor konnte vor einigen Jahren kloniert werden. Er besteht aus einer einzelnen Polypeptidkette mit einem extrazellulären, einem transmembranären und einem intrazellulären Anteil. Die Bindung von TSH führt auf diese Weise zu einer Aktivierung der Adenylatcyclase und möglicherweise auch anderer Postrezeptormechanismen. In Folge werden die differenzierten Funktionen der Schilddrüsenzelle wie die aktive Aufnahme von Jodid über die Basalmembran, die Thyreoglobulin-Synthese und die Synthese und Feisetzung von Schilddrüsenhormonen stimuliert.

Zusätzlich stimuliert TSH das Wachstum der Schilddrüsenzellen. Der wachstumsstimulierende Effekt von TSH scheint nur in Anwesenheit von Co-Faktoren, in erster Linie von Wachstumsfaktoren, wie dem "Epidermal Growth-Faktor" (EGF) und dem "Insulin-like Growth-Faktor-I (IGF-I)" vorhanden zu sein.

Die Steuerung der Synthese und Sekretion von Schilddrüsenhormonen, die an den Zielorganen ihre biologische Wirkung ausüben, unterliegt einerseits der übergeordneten Regulation durch das Thyreoidea-stimulierende Hormon (TSH), andererseits einer intrathyreoidalen Autoregulation von Jodaufnahme, Schilddrüsenhormonsynthese und Zellstoffwechsel.

Auch wenn der letztgenannte Mechanismus prinzipiell unabhängig von TSH ist, scheint seine wesentliche Rolle unter physiologischen Bedingungen die Modulation der TSH-Wirkung auf der Ebene der Schilddrüsenzelle zu sein.

Das mit der Nahrung aufgenommene Jod wird rasch und nahezu vollständig im Dünndarm als anorganisches Jodid resorbiert. Aus der Blutbahn wird Jodid gegen ein Konzentrationsgefälle energieabhängig in die Schilddrüse transportiert. Die aktive Aufnahme wird durch den kürzlich klonierten Natriumjodid-Symporter, ein Transportprotein der basalen Zellmembran, vermittelt. Der Natriumjodid-Symporter wird unter physiologischen Bedingungen durch TSH stimuliert.

Zusätzlich unterliegt der Jodidtransport einem Autoregulationssystem, über das die Jodkonzentration im Plasma, intrazelluläres Jodid und organische Jodverbindungen die Jodaufnahme in die Zelle beeinflussen können. Wird durch eine hochdosierte Jodgabe eine bestimmte Jodkonzentration überschritten, führt dies akut zu einer Hemmung des Einbaus von Jodid in organische Verbindungen und damit zu einer Hemmung der Hormonsynthese. Zusätzlich wird hierdurch die Schilddrüsenhormonsekretion akut blockiert. Dieser Mechanismus wird nach den Erstbeschreibern als Wolf-Chaikoff-Effekt bezeichnet.

Im Rahmen der hypothalamisch-hypophysären Steuerung wird zunehmend auch die Bedeutung von lokal gebildeten Wachstumsfaktoren und Zytokinen für die Regulation von Funktion und Wachstum der Schilddrüsenzellen erkannt. Der wachstumsstimulierende Effekt von TSH scheint nur in Anwesenheit der Co-Faktoren EGF und IGF zustande zu kommen.