Dupa ce hormonii tiroidieni sunt secretati in sange, ei se leaga reversibil de proteine transportoare serice. Cantitatea de hormonii legati sau liberi este mentinuta in echilibru. Pe masura ce nivelele de hormoni liberi se modifica, se schimba, conform legii actiunii maselor si cantitatea hormonilor legati. Proteina cu cea mai mare afinitate pentru T4 si T3 este globulina fixatoare de tiroxina (TBG), schema 4-3.

Desi afinitatea TBG pentru hormonii tiroidieni este mare, capacitatea sa disponibila este scazuta pentru ca fiecare molecula are un singur loc de legare pentru T4 sau T3. Aceasta proteina leaga cea mai mare parte a hormonilor tiroidieni circulanti. De fapt, 77% din T4 este legat la TBG.
A doua proteina in ordinea fixarii hormonilor tiroidieni este o pre-albumina fixatoare de tiroxina numita TBPA sau TTR deoarece leaga mari cantitati de hormoni la transtiretin. Afinitatea acestui compus pentru T4 este mai mica decat in cazul TBG-ului si cantitatea transportata este de numai 20%. TTR fixeaza exclusiv T4 si leaga cantitati infime de T3.
Albumina leaga o cantitate mai mica de hormonii tiroidieni circulanti (10%). Desi cantitatea de albumina circulanta este mare ativ cu celelalte doua proteine, afinitatea albuminei pentru hormonii tiroidieni este relativ scazuta. Multe medicamente, ca salicilatii si fenitoinul, scad afinitatea de legare a TBG-ului pentru hormonii tiroidieni, schema 4-4.

Hormonii tiroidieni au o afiniate de legare exceptionala pentru proteinele descrise. T4 seric circula in concentratie de apoximativ 99,96% legat si doar 0,04% liber (ura 4-9). Deoarece T3 prezinta o afinitate mai redusa pentru aceste proteine, numai 99,6% din T3 seric este legat si 0,4% este liber. Proteinele fixatoare de hormoni tiroidieni au roluri multiple.

Majoritatea cercetatorilor cred ca doar forma libera a hormonului poate intra in celule unde isi exercita efectul biologic. Acesta ipoteza este insa pusa astazi sub semnul intrebarii, pentru faptul ca exista un echilibru intre formele legate si libere ale hormonului. Hormonul legat serveste ca rezervor pentru hormonul liber (o parte semnificativa a rezervelor netiroidiene) neutralizeand modificarile de scurta durata din rata secretiei hormonale. Reglarea homeostatica a nivelelor hormonilor tiroidieni controleaza de fapt T4 liber din ser (T3) nu si hormonul total. Hormonii tiroidieni sunt moderat solubili in sange, de aceea, fara o legare proteica, cantitatea de hormon transportata ar fi extrem de mica. in plus, legarea la proteinele mari, scade filtrarea hormonilor tiroidieni si pierderea acestora pe cale renala. Legarea hormonilor tiroidieni de proteinele plasmatice scade meolizarea rapida a acestora.
Testele de radioimunoanaliza standard (RIA) ale hormonilor tiroidieni masoara atat formele libere cat si cele legate de T4 sau T3 si astfel masoara atat formele legate cat si cele libere. Cea mai mare semnificatie clinica o au hormonii tiroidieni liberi. Estrogenii stimuleaza nespecific sinteza proteinelor f ixatoare la nivel hepatic, inclusiv TBG. In timpul graditatii, nivelele de TBG pot sa creasca atat de mult incat T4 total seric creste doua ori mai mult decat valoarea inregistrata in lipsa graditatii. Cu toate acestea, femeia nu este clinic hipertiroidiana iar nivelele sale de T4 liber raman la limita superioara a normalului. Edent, daca medicii nu cunosc efectul estrogenului asupra nivelelor de TBG, pot conchide in mod eronat ca femeia este hipertiroidiana.

Exista si alte tulburari sau medicamente care pot modifica nivelele proteinelor fixatoare sau afinitatea acestora. Clinicianul trebuie sa inteleaga semnificatia acestor schimbari. In prezent, este posibil sa se masoare nivelele de T4 si T3 liber prin RIA, dar testele nu sunt inca complet sigure in conditii de graditate