Основната морфологична и функционална единица на щитовидната жлеза са фоликулите. Това са кръгли или овални образувания, изпълнени с полутечен колоид. Стените им са постлани с еднослоен епител от тиреоцити. Тяхната форма е в зависимост от функионалното състояние на жлезата. От плоски при потисната функция те стават кубични и цилиндрични при активна функция. Между фоликулите се намират групи от епителни клетки, образуващи т.нар. интерфоликулни островчета (парфоликулна тъкан). В стените на фоликулите се намират и т.нар. „светли” клетки. Те образуват друг, несъдържащ йод хормон – калцитонин, поради което са наречени още C – клетки.
Интервацията на жлезата се осъществява от парасимпатикусовата, симпатикусовата и соматичната нервна система. Вегетативната нервна система инервира предимно кръвоносните съдове в жлезата. Установена е наличност на симпатикусови нервни разклонения върху стените на фоликулите.
Щитовидната щлеза е богато кръвоснабдена. Минутният обем превишава 3-7 пътисобствения й обем. Характерна особеност за жлезата е подчертания й афинитет към йода. В организма на човека се съдържа 30-50mg йод, от който само в щитовидната жлеза се намира 15mg. Образуването на йодосъдържащите хормони в жлезата минава през няколко фази:
1. Постъпилият в организма йод циркулира във вид на йодиди. Под тази форма той се натрупва във фоликулните елементи. Тук се осъществява окисляването на йодида и превръщането му в елементарен йод.
2. В епителните клетки на фоликулите се синтезира високомолекулният глюкопротеид тиреоглобулин. Той се натрупва като основна съствка на фоликулния колоид.
3. В молекулата на тиреоглобулина елементарният йод се свързва с тирозина. Чрез прогресиращо йодиране се образуваторганичните йонни съединения монойодтирозин и дийодтирозин. След окисляване и кондензиране на йодираните тирозини се образуват трийодтиронин и тетрайодтиронин (тироксин).
4. Под действието на катепсина, образуван в лизозомите на епителните клетки, настъпва протеолитичното разграждане на тиреоглобълиновата молекула. Хормоните постъпват в циркулацията, а йодираните тирозини се подлагат на дейодиране.
Тироксинът се намира в свързано състояние предимно с -глобулините, но също така с преалбумините и от части с албумините. Връзката на тиреоидните хормони с белтъците е обратима. Тя осигурява по-продължителното им пребиваване в организма, тъй като възпрепятства излъчването им чрез бъбреците. В прицелните клетки обаче тироксинът и трийодтиронинът постъпват в свободно състояние. При това в процесът на метаболитното разграждане част от тироксина се превръща в по-активен трийодтиринин.
Инактивирането и метаболизмът на тиреоидните хормони се извършват предимно в чернодробните клетки. Тук те се подлагат на дезаминиране, декарбоксилиране и дейодиране. Установено е, че някои от метаболитите имат по-висока биологична активност от самите хормони. В черния дроб тиреоидните хормони се подлагат на конюгиране с глюкороновата и сярната киселина. Получените продукти чрез жлъчката се излъчват в тънките черва. Известна част се хидролизират и резорбират в кръвта, а по-голямата част се отделя чрез фекалиите. Малки количества се излъчват и чрез бъбреците.