Jod je sastavni dio hormona štitnjače, tiroksina (L-3,5,3′,5′-tetrajod-tironin, T4) i trijodotironina (L-3,5,3′-trijod-tironin, T3), a time je i važan za normalnu funkciju štitnjače. Štitnjača ili štitna žlijezda aktivno apsorbira jod iz krvi te proizvodi navedene hormone, koje dalje otpušta u krv. Naime, bazolateralna membrana na tireocitima (stanicama štitnjače) ima Na+/I simporter koji prenosi dva iona natrija i jedan ion joda u stanicu. Jod se veže na poseban protein, tireoglobulin, koji se nalazi na apikalnoj površini stanica štitnjače.

Tireoglobulin je velik glikoprotein koji se sintetizira u štinjači i pomaže u sintezi njenih hormona. Nadalje, uz pomoć vodikova peroksida i tiroperoksidaza, jodid se oksidira i potiče se njegovo vezanje na aminokiselinske ostatke tirozina na tireoglobulinu čime nastaju prekursori, dijodotirozin i monojodotirozin. Tiroperoksidaza dalje katalizira reakcije spajanja dviju molekula dijodotirozina čime nastaje tetrajodotironin (T4), dok spajanjem jedne molekule monojodotirozina i jedne molekule dijodotirozina nastaje trijodotironin (T3). Dakle, tiroksin (T4) kovalentno veže četiri atoma joda, dok trijodotironin (T3) 3 atoma joda. U štinjači uvijek postoji tireoglobulin koji sadrži jod, a kada su potrebni hormoni štitnjače, enzimi u lizosomima razgrade tireoglobulin čime se hormoni oslobađaju. T4 i manje količine T3-a (oko 7 %) tada putuju krvotokom do ciljnih tkiva, a više od 99 % T3-a i T4-a koji se nalaze u krvotoku je vezano za proteine prijenosnike. Glavni protein prijenosnik (75 %) je globulin koji veže tiroksin (eng. Thyroxine-Binding Globulin, TBG), glikoprotein koji se sintetizira u jetri, dok ostali proteini prijenosnici uključuju transtiretin i albumin.

Kada navedeni hormoni dođu do ciljnih tkiva, T4 se pretvara u T3, aktivni oblik hormona. Točnije, potrebno je ukloniti jedan atom joda s  T4 iz vanjskog tirozinskog prstena, a navedeni proces uklanjanja joda katalizira enzim koji se naziva 5′-monodejodinaza, koja je selen-ovisna. Jod koji se oslobodio navedenim procesom se šalje natrag u krvotok i daljnju uporabu u štinjači. Skupina selen-ovisnih enzima, dejodinaze, također pretvaraju T4 u reverzni T3 (rT3) tako što uklanjaju jod s unutarnjeg prstena, te pretvaraju T3 u 3,3′-dijodotironin (T2) također uklanjanjem atoma joda s unutarnjeg prstena. Ovi su spojevi inaktivni, koji se odstranjuju iz organizma, jer nemaju nikakvu biološku funkciju. Tirotropin (eng. Thyroid-Stimulating Hormone, TSH) je hormon koji luči hipofiza i koji regulira otpuštanje hormona štitnjače. Točnije, TSH pojačava unos joda u štitnjaču i potiče sintezu te otpuštanje T3 i T4.

U stanjima nedostatka joda, neće biti dovoljno sintetiziranih hormona štitnjače, ali će porasti razine TSH, što uzrokuje povećanje same žlijezde. Izlučivanje TSH-a kontrolira hormon kojeg luči hipotalamus, tiroliberin (eng. Thyrotropin Releasing Hormone, TRH). U ciljnim se tkivima, fiziološki aktivan hormon štitnjače, T3, može vezati na receptore u jezgri stanice i tako regulirati ekspresiju gena. Na taj način hormoni štitnjače reguliraju brojnim fiziološkim procesima, uključujući rast, razvoj, metabolizam i reproduktivnu funkciju. Hormoni štitnjače su glavni regulatori našeg metabolizma, i, općenito govoreći, kada su njihove količine niske, sve se usporava, a ako su njihove količine velike, sve se ubrzava.

Također, hormoni štitnjače su potrebni za normalan razvoj središnjeg živčanog sustava, posebno između 15-og tjedna i treće godine života. Naime, stanja nedostatka joda tijekom navedenog perioda rezultiraju nedostatkom hormona štitnjače, što posljedično uzrokuje poremećaje u razvoju mozga i središnjeg živčanog sustava.  Jedni od biokemijskih procesa na koje utječu hormoni štitnjače uključuju metabolizam ugljikohidrata, masti, proteina, vitamina i minerala. Na primjer, hormoni štitnjače povećavaju proizvodnju energije i lipolizu, reguliraju glukoneogenezu i glikolizu i dr.