Die hormonelle Produktion der Schilddrüse besteht aus Thyroxin oder T4 (80 %) und Trijodthyronin oder T3 (20 %). Im Kreislauf stammt das gesamte T4 aus der Schilddrüsensekretion, aber der größte Teil des T3 (80 %) wird extrathyreoidal aus der T4-Diiodierung gebildet. Die Umwandlung von T4 in T3 kann durch verschiedene Bedingungen beeinflusst werden und das zirkulierende T3 ist ein weniger zuverlässiges Spiegelbild der Schilddrüsenhormonproduktion als T4. Im Serum ist der größte Teil von T4 und T3 an Bindungsproteine gebunden und nur 0,02% von T4 und 0,3% von T3 sind frei. Aufgrund ihrer höheren diagnostischen Leistungsfähigkeit haben die Messungen des freien T4 (FT4) und des freien T3 (FT3) die Bestimmung des Gesamthormons (frei + gebunden) abgelöst. Gesamthormonmessungen bleiben für Forschungsstudien oder bei schwerer Hyperthyreose nützlich. Die Äquilibrium-Dialyse/RIA gilt als Referenzmethode für die Messung freier Hormone. Klinische Routinelaboratorien verwenden automatisierte direkte Zwei-Schritt- oder Ein-Schritt-Immunoassays mit einem hochmolekularen Liganden oder einem markierten Antikörper. Die Messung des freien Hormons ist nach wie vor technisch anspruchsvoll, insbesondere bei Seren von schwer nicht schilddrüsenerkrankten Patienten mit geringer Serumthyroxin-Bindungskapazität. Interferenzen durch Anti-Schilddrüsenhormon-Antikörper und familiäre dysalbuminämische Hyperthyroxinämie hängen von der Assay-Methode ab, sind aber mittlerweile weniger ausgeprägt und werden seltener nachgewiesen. Um die Ergebnisse eines Assays richtig interpretieren zu können, ist es notwendig, seine Leistungsfähigkeit in biologisch und klinisch gut charakterisierten Serumproben zu beurteilen. FT4- und FT3-Messungen, wenn FT4 normal ist und der Verdacht auf Hyperthyreose besteht, werden zur Bestätigung und Beurteilung des Ausmaßes von Hypo- und Hyperthyreose (offen oder subklinisch) verwendet. Bei instabilem Schilddrüsenstatus (erste Monate einer Schilddrüsenbehandlung, veränderte L-T4-Dosis, subakute Thyreoiditis) oder bei gestörter Hypothalamus-Hypophysen-Funktion (zentrale Hypothyreose) ist die TSH-Bestimmung diagnostisch irreführend und nur die Messung der freien Hormone ist zur Beurteilung der Schilddrüsenfunktion zuverlässig.