甲状腺激素可促进生长、发育和成熟，是人体生长发育所必须的一种激素。这是因为甲状腺激素能促进生长激素的分泌，增强生长激素对组织的效应，并协助生长激素促进机体生长发育。甲状腺激素促进生长、发育的作用是通过促进组织的发育、分化，使细胞体积增大、数量增多来实现的，生长激素虽是促进生长的主要激素，但如缺少甲状腺激素，生长激素的合成和分泌都可能减少，也不能很好地发挥作用，生长发育出现障碍，而且年龄越小，这种作用越明显。甲状腺激素对神经系统和骨骼的发育尤为重要，在幼年甲状腺激素缺乏，使神经系统和骨骼发育不全，智力低下，长骨骨骺发育不全，骨化中心出现延迟，骨龄落后于实际年龄，骨骺闭合晚，牙齿发育延迟，身材矮小，出现呆小症。
【如果甲状腺功能减退症发生在儿童和青少年身上，则蛋白质合成障碍会更加明显，患者身材矮小、四肢短、骨龄落后、克丁病面容、性发育落后。甲状腺功能减退症发生在胎儿或新生儿早期，患者有可能智力障碍、聋哑和精神运动障碍。】
甲状腺激素对中枢神经系统的发育成熟及正常功能的维持具有重要作用。神经细胞树突、轴突及髓鞘的形成，胶质细胞的生长，神经系统机能的发生与发展，以及脑的血流供应均有赖于适量的甲状腺激素的存在。其作用机制，尚不十分清楚，已知神经组织的发育成熟与一定时期内出现的酶类、脂类合成有关。甲状腺激素可能是这些酶类合成和维持其活性的必需激素。在胚胎期或新生儿期缺乏甲状腺激素，则神经细胞发育不良，大脑皮质细胞的数量和大小均低于正常，髓鞘不能形成，从而出现精神、神经及骨骼发育障碍，智力发育迟缓，智力低下，造成婴儿痴呆。儿童期甲状腺功能低下，患儿生长缓慢，身材矮小，智力低下。这些损害均呈永久性的，但如果甲状腺激素补充得越早、越及时，神经系统的损害就越小。
在成年期，神经系统及个体己发育完善，甲状腺激素的作用主要表现为提高中枢神经系统的兴奋性。其原因有以下几种可能：
①甲状腺激素可能通过其对下丘脑TRH神经元的正反馈作用，使TRH分泌增加，而TRH有促进脑内去甲肾上腺素更新的作用，可提高神经系统的兴奋性;
②可能是由于甲状腺激素使中枢儿茶酚胺增加，兴奋上行激动系统而间接引起;
③甲状腺激素在中枢神经系统有高度的特异分布和代谢调节特征，T3、T4是酪氨酸衍生物，而酪氨酸是儿茶酚胺生物合成的底物，故甲状腺激素可能是一种神经活性物质，它本身可能是肾上腺素能神经递质的前身，也可能是肾上腺素能神经递质经过代谢而产生的甲状腺能神经递质。
成年人甲亢时则大脑皮质兴奋性增强、易激动，注意力不易集中，烦躁不安，多言，好动，失眠，甚至出现精神变态。甲亢危象时可出现谵妄、昏迷。甲减患者则相反，神情淡漠，感觉迟钝，行动迟缓，记忆力降低，智力减退，嗜睡，甲状腺机能亢进或减退对成年人神经功能的影响是可逆性的，治疗后神经系统功能紊乱消失。