T4 og T3 dannes ved en sammenkobling av to joderte tyrosinmolekyler, og kalles jodtyroniner.
Jodid transporteres aktivt inn i follikkelcellene ved sekundær aktiv transport gjennom Na+/I- symporter i follikkelcellenes basalmembran, oppkonsentreres til 30 ganger blodkonsentrasjonen og oksideres apikalt i cellemembranen av enzymet peroksidase til mer aktivt jodid.
Jodid binder seg til aminosyren tyrosin på glykoproteinet tyreoglobulin. Først dannes enkeltmolekylene T1 monojodotyrosin og T2 dijodotyrosin som under stimulering av TSH kobles sammen til hovedsaklig T4, samt 1/15 T3. Tyreoideahormonene lagres i kolloidet som et kompleks sammen med tyreoglobulin (stor lagringskapasitet).
T4 og T3 frigjøres fra tyreoglobulin ved at det apikalt i follikkelcellen dannes vesikler som inneholder lysosomer og enzymer. Proteaser spalter opp tyreoglobulin slik at T4 og T3 frigjøres og diffunderer basalt gjennom follikkelcellene til kapillærene som omgir cellene.
93 % av frigjort tyreoideahormon er T4 (tyroksin) og 7 % er T3 (trijodtyronin). Halvparten av T4 dejodiseres til T3 som er mer potent. Intracellulære tyreoideareseptorers affinitet for T3 er 10-15 ganger høyere enn for T4. T3 har en ca. fire ganger raskere aktivitet. T4 betraktes ofte som et pro-hormon til T3.
I blodet bindes T4 og T3 straks til plasmaproteiner som syntetiseres i leveren. De bindes hovedsaklig (70-80 %) til glykoproteinet TBG (tyroksinbindende globulin), men også tyroksinbindende prealbumin og albumin. Tyreoideahormonene, spesielt tyroksin har høy bindingsaffinitet til plasmaproteinene. Derfor skjer frigjøringen over til vev sakte. Den frie fraksjonen er svært liten, 0,3 % for T3 og 0,03 % for T4. Det er det frie, ikke proteinbundne hormonet som regnes som aktivt og det skjer en stadig dissosiering av T4 og T3 fra bindeproteinene med en gang T4 og T3 forlater sirkulasjonen og tas opp i perifere vev slik at likevekten beholdes. Ved hormonmålinger foretrekker man å måle fritt T4 og fritt T3 istedet for totalt T4 og T3 da totalthormon avhenger av bindekapasiteten i serum. Det betyr at total- T4 kan endre seg selv om det ikke foreligger tyreoideasykdom. Man får ca. 50 % høyere verdier hos gravide og p-pille brukere, samt fostyrrede verdier ved lever- og nyresykdom, proteintap og generell alvorlig sykdom.
I målcellene i vevene binder T4 og T3 seg til reseptorer, intracellulære proteiner. Tyroksin bindes sterkest. Der lagres de igjen og brukes gradvist fra dager til uker. Tyroksin har lang latenstid og virkningstid, halveringstid 15 dager. Trijodtyronins aktivitet viser seg fire ganger så raskt med latenstid på bare 6-12 timer og maksimal cellulær aktivitet i løpet av 2-3 dager.
