脑发育是按照一定次序协调进行的，甲状腺激素在中枢神经系统的分化、发育以及各种功能的形成过程中，发挥着十分关键的作用。甲状腺激素通过促进细胞的增殖、合成以及蛋白质的形成，促进了轴突和树突的生长，轴突和树突就好像电线一样，如果没有它，神经指令等神经系统所有的功能都无从谈起。轴突和树突的生长受到了甲状腺激素的影响，如果甲状腺激素分泌正常，可以推进轴突和树突的发生和髓鞘的形成，甲状腺激素通过多种途径的刺激作用达到正常脑发育的目的。
胎儿和新生儿时期甲状腺功能减退症，可以导致严重的感觉障碍、运动障碍和智力低下，及时补充甲状腺激素可以防止这种情况的发生。研究发现甲状腺功能减退症患者脑的形态、结构发生了改变，主要表现为脑体积和脑重量的减低、神经元胞体的缩小，轴突和树突的生长、延伸、分支以及环路受到抑制，神经胶质细胞相对增多，其生化改变主要表现为全脑蛋白和DNA的减低，皮质、试听区、海马和小脑等部位髓鞘生成障碍以及特异性的酶缺乏。总之，人脑发育离不开甲状腺激素，脑发育时期缺乏甲状腺激素就会造成一系列脑的生长发育障碍，表现为智力低下、运动失调以及瘫痪等临床症状。如果胚胎晚期以及出生后早期缺乏甲状腺激素，将会造成永久性损害，严重者可以引起智力减退、运动障碍以及耳聋等症状。
