甲状腺のホルモン分泌は、チロキシンまたはT4（80％）とトリヨードチロニンまたはT3（20％）から構成されています。 循環中のT4はすべて甲状腺の分泌物に由来しますが、T3のほとんど（80％）はT4の脱ヨウ素化により甲状腺外で生成されます。 T4からT3への変換は様々な条件によって影響を受ける可能性があり、循環T3はT4に比べて甲状腺ホルモン産生の信頼性が低い。 血清中では、T4とT3のほとんどが結合タンパク質に結合しており、遊離型はT4の0.02％とT3の0.3％しかない。 その診断能力の高さから、遊離T4(FT4)と遊離T3(FT3)の測定は総ホルモン(遊離＋結合)の測定に取って代わった。 総ホルモン測定は、調査研究や重度の甲状腺機能亢進症の場合には依然として有用である。 遊離型ホルモンの測定には、平衡透析法/RIAが参照法とされている。 日常的な臨床検査室では、高分子量のリガンドまたは標識抗体を用いた自動化された直接2段階または1段階のイムノアッセイを使用している。 遊離ホルモンの測定は、特に血清中のサイロキシン結合能が低い重症の非甲状腺疾患患者の血清では、技術的に難しい。 抗甲状腺ホルモン抗体や家族性ジサルブミン血性高thyroxinemiaによる干渉は、測定法によって異なるが、現在ではそれほど顕著ではなく、検出される頻度も低い。 測定法の結果を正しく解釈するためには、生物学的にも臨床的にも特徴のある血清試料を用いてその性能を評価することが必要である。 FT4と、FT4が正常で甲状腺機能亢進症が疑われる場合のFT3の測定は、甲状腺機能低下症と甲状腺機能亢進症（顕在性または潜在性）のレベルを確認、評価するために用いられる。 甲状腺の状態が不安定な場合(甲状腺治療の最初の数ヶ月間、L-T4投与量の変更、亜急性甲状腺炎)や視床下部-下垂体機能が障害されている場合(中枢性甲状腺機能低下症)には、TSH測定は診断上のミスリードとなり、甲状腺機能評価には遊離ホルモン測定のみが信頼できる。