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La síntesis de hormonas tiroideas, tiroxina (T4) y triyodotironina (T3), tienen lugar tanto en la glándula tiroides como en el tejido periférico; su síntesis dentro de la glándula tiroides requiere de 4 elementos esenciales: Yodo, Peróxido de Hidrógeno (H2O2), Tiroglobulina, Tiroperoxidasa. La regulación de la síntesis de estas hormonas, está controlada por el hipotálamo, mediante la liberación de TRH que actúa sobre la hipófisis, ocasionando la secreción de TSH por parte de esta última.
El proceso de síntesis de la hormona tiroidea empieza por la captación del yodo circulante en la sangre en forma de yoduro (I-). Este paso de incorporación del yodo por la membrana basal del tirocito se da gracias a la proteína transportadora NIS (sodio-yodo simporter). Posterior a este paso, el yoduro es transportado desde la membrana basal, hasta la membrana apical del tirocito. Sale hacia el coloide por el transportador de tipo antiporte PENDRINE, que introduce I- y saca Cl-. En la membrana apical, el yoduro es oxidado hasta yodonio (I+) gracias a la participación de la enzima tiroperoxidasa (TPO) y al peróxido de hidrógeno (producido por DUOX-2) que actúa como captador de electrones.