甲状腺素是甲状腺滤泡细胞合成及分泌的激素，以游离的形式释放入血液循环中，大部分会迅速地与血浆蛋白相结合。结合部分的甲状腺激素没有活性，其高低不能反映甲状腺的功能状态，只有很小部分的甲状腺素不与血浆蛋白结合，呈游离状态，称为血清游离三碘甲状原氨酸T3以及血清游离甲状腺素T4，两者都能直接反映甲状腺功能状态。血清的游离甲状腺素是实现该激素生物效应的主要部分。
尽管游离的T4仅占T4的很小部分，但是临床诊断甲亢的首选指标。它与三碘甲状原氨酸T3一起调节人体的代谢率，对心血管系统生长发育及骨骼代谢等发挥重要作用，另外对性腺的功能和神经系统的发育也很重要。
因此，游离甲状腺素在甲亢和甲减的诊断中、病情的严重程度、评估以及疗效的监测等方面都有重要的作用。综合看游离的T3、T4或者总的T3、T4增高，都说明有甲亢或者有甲状腺肿、桥本氏甲状腺病等。