Гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная система контролирует синтез, выделение и действие гормонов щитовидной железы. Выделяемый гипоталамусом тиреотропин-рилизинг-фактор (ТРФ) стимулирует синтез и выделение тиреотропина или тиреотропного гормона (ТТГ). ТТГ, в свою очередь, стимулирует синтез, накопление, секрецию и метаболизм тироксина (T4) и трийодтиронина (T3).

В крови T4 и T3 представлены как в свободной, так и в связанной форме. Более 99% T4 и T3 циркулирует в крови связанными с транспортными белками, не связанными остается менее 1%. У большинства субъектов именно этот уровень несвязанного или свободного гормона коррелирует с функциональным состоянием щитовидной железы. Свободный T4 и свободный T3 регулируют нормальный рост и развитие, поддерживая температуру тела и стимулируя теплообразование. Кроме того, свободный T4 и свободный T3 влияют на все этапы углеводного метаболизма, а также частично на метаболизм липидов и витаминов. Гормоны щитовидной железы также необходимы для внутриутробного развития и развития в неонатальном периоде.

Явное повышение концентраций свободного T4 является подтверждением клинического диагноза гипертиреоидизма, тогда как явное понижение концентраций свободного T4 в совокупности с клиническими данными может подтверждать диагноз гипотиреоидизма.

Измерение свободного T4 совместно с другими тиреоидными тестами и клиническими данными способно подтвердить пограничные диагнозы гипер- и гипотиреоидизма. Равновесный диализ RIA рассматривается как сравнительный метод измерения свободного T4, поскольку перед прямым измерением свободного T4 происходит его отделение от связывающего белка. Однако этот метод неудобен, технически сложен и не применим в повседневной клинической практике. Позднее для измерения свободного T4 были разработаны радиоиммунный и иммуноферментный анализы. В этих анализах используются разные сочетания меченых веществ, аналогичных или не аналогичных измеряемому, а также одностадийные или двустадийные процедуры инкубации.