Ο θυρεοειδής αδένας εντοπίζεται στο πρόσθιο μέρος του λαιμού, μπροστά από την τραχεία, αντιστοίχως προς το θυρεοειδή χόνδρο του λάρυγγα (μήλο του Αδάμ). Έχει σχήμα πεταλούδας. Αποτελείται από δύο λοβούς (δεξιό και αριστερό), οι οποίοι ενώνονται με μια λωρίδα θυρεοειδικού ιστού, που αποκαλείται ισθμός. Λόγω της θέσης του, είναι σχετικά εύκολο να ψηλαφηθεί. Ο θυρεοειδής αδένας, μαζί με τον υποκείμενο χόνδρο, ανέρχεται και κατέρχεται κατά τις καταποτικές κινήσεις.

Εμβρυογενετικά, ο θυρεοειδής αδένας προέρχεται από κατάδυση του επιθηλίου του στόματος, στην περιοχή του τυφλού τρήματος της γλώσσας. Η καταβολή του θυρεοειδούς αδένα μεταναστεύει ως την οριστική της θέση στον τράχηλο, δημιουργώντας το θυρεογλωσσικό πόρο. Ο πόρος αυτός στη συνέχεια ατροφεί. Κυτταρικά υπολείμματα κατά μήκος του θυρεογλωσσικού πόρου δίνουν γένεση στις θυρεογλωσσικές κύστεις. Αν δεν συμβεί αυτή η φυσιολογική μετανάστευση, προκύπτει ο γλωσσικός θυρεοειδής. Εξάλλου, ο πυραμοειδής λοβός του θυρεοειδούς αδένα, όταν ανευρίσκεται, συνίσταται σε μια προσεκβολή θυρεοειδικού ιστού, προς την κατεύθυνση του θυρεογλωσσικού πόρου.

Τα θυλακικά κύτταρα του θυρεοειδούς αδένα παράγουν τις ορμόνες θυροξίνη (Τ4) και τριιωδοθυρονίνη (Τ3). Κατά ένα ποσοστό παράγεται επίσης και η ανάστροφη Τ3, η οποία είναι μεταβολικά ανενεργής. Οι ορμόνες αυτές είναι παράγωγα του αμινοξέος τυροσίνη και περιέχουν ιώδιο. Τα κύτταρα του θυρεοειδούς είναι τα μόνα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος που έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν το ιώδιο από την κυκλοφορία. Με μια αλληλουχία βιοχημικών αντιδράσεων παράγονται οι θυρεοειδικές ορμόνες, οι οποίες αποθηκεύονται προσωρινά στα θυλάκια του θυρεοειδούς, ως κολλοειδές διάλυμα μιας πρωτεΐνης, της θυρεοσφαιρίνης. Στη συνέχεια, με την αποδόμηση της θυρεοσφαιρίνης, αποδεσμεύονται στην κυκλοφορία και μεταφέρονται με το αίμα σε κάθε κύτταρο, όπου επηρεάζουν το μεταβολισμό, ελέγχοντας την παραγωγή ενέργειας. Η ποσότητα της Τ3 στο αίμα είναι μικρότερη σε σχέση με την ποσότητα της Τ4, αλλά η δράση της είναι πολύ ισχυρότερη από εκείνη της Τ4. Οι θυρεοειδικές ορμόνες μεταφέρονται στο πλάσμα δεσμευμένες με μια ειδική πρωτεΐνη, την TBG (Thyroxin Binding Globulin) και με την προαλβουμίνη. Δραστικό είναι μόνο το μη δεσμευμένο κλάσμα της ορμόνης, το οποίο βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με το δεσμευμένο.

Μερικά κύτταρα του θυρεοειδούς αδένα (παραθυλακικά κύτταρα ή κύτταρα C) έχουν ειδικευτεί στην παραγωγή καλσιτονίνης, μιας ορμόνης που συμμετέχει στο μεταβολισμό του ασβεστίου. Σε στενή ανατομική σχέση με το θυρεοειδή αδένα βρίσκονται και οι παραθυρεοειδείς αδένες. Οι παραθυρεοειδείς αδένες εκκρίνουν την ορμόνη παραθορμόνη, η οποία επίσης συμμετέχει στο μεταβολισμό του ασβεστίου.

Η λειτουργία του θυρεοειδούς αδένα βρίσκεται κάτω από τον έλεγχο της υπόφυσης, ενός μικρού αδένα, που βρίσκεται στη βάση του εγκεφάλου. Η υπόφυση εκκρίνει στην κυκλοφορία την ορμόνη TSH (θυρεοειδοτρόπος ορμόνη, θυρεοτροπίνη, Thyroid Stimulating Hormone). Η ορμόνη αυτή διεγείρει το θυρεοειδή αδένα για παραγωγή θυρεοειδικών ορμονών. Αλλά και η υπόφυση βρίσκεται κάτω από τον έλεγχο του υποθαλάμου, μιας περιοχής του εγκεφάλου που ελέγχει τις λειτουργίες του αυτόνομου νευρικού συστήματος. Ο υποθάλαμος εκκρίνει στην κυκλοφορία την ορμόνη TRH (ορμόνη εκλυτική της απελευθέρωσης TSH, θυρεοεκλυτίνη, TSH Releasing Hormone), η οποία μεταφέρεται στην υπόφυση και αποτελεί το ερέθισμα για την έκκριση TSH.

Η υπόφυση και ο υποθάλαμος έχουν την ικανότητα να αντιλαμβάνονται τα επίπεδα των θυρεοειδικών ορμονών στο αίμα και να προσαρμόζουν ανάλογα τη λειτουργία τους. Αν παρατηρηθεί μείωση της στάθμης των θυρεοειδικών ορμονών, τότε αυξάνει η έκκριση της TRH και της TSH, προκειμένου να επανέλθουν τα επίπεδα των ορμονών στο φυσιολογικό. Και αντιστρόφως, αν παρατηρηθεί αύξηση της στάθμης των θυρεοειδικών ορμονών, αναστέλλεται η έκκριση της TRH και της TSH. Με αυτόν το μηχανισμό αρνητικής ανατροφοδότησης διατηρούνται τα επίπεδα των θυροειδικών ορμονών στο αίμα περίπου σταθερά.

Οι θυρεοειδικές ορμόνες αυξάνουν την παραγωγή ενέργειας και την κατανάλωση οξυγόνου από τους ιστούς. Έχουν επίσης σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και ωρίμανση του οργανισμού. Αυτό γίνεται έκδηλα εμφανές στην περίπτωση της διάπλασης του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος, όπου η έλλειψη θυρεοειδικών ορμονών προκαλεί πνευματική καθυστέρηση (κρετινισμός). Εμφανίζουν επίσης και συμπαθητικοτονική δράση, ενισχύοντας τη δράση των κατεχολαμινών (αδρεναλίνης και νοραδρεναλίνης). Πολλά συμπτώματα του υπερθυρεοειδισμού οφείλονται στην ενίσχυση της δράσης των κατεχολαμινών (ταχυκαρδία, αύξηση της καρδιακής παροχής και τρόμος). Οι θυρεοειδικές ορμόνες ενισχύουν επίσης και την κινητικότητα του εντέρου.

Υπερθυρεοειδισμός ονομάζεται η υπερλειτουργία του θυρεοειδούς αδένα με υπερπαραγωγή θυρεοειδικών ορμονών. Υποθυρεοειδισμός ονομάζεται η υπολειτουργία του θυρεοειδούς αδένα, οπότε παρουσιάζεται έλλειψη θυρεοειδικών ορμονών. Βρογχοκήλη ονομάζεται η κάθε αιτιολογίας διόγκωση του θυρεοειδούς αδένα.