人体最大的内分泌腺，在成人其重量约20～40克。位于颈前部，由两个侧叶和一个峡部组成，呈“H”形。外包以结缔组织被膜，分内、外两层，内层伸入腺实质将它分为若干小叶。甲状腺的实质由大小不等、呈囊状的滤泡（直径0.1～0.5毫米）组成。滤泡之间有丰富的毛细血管网。滤泡是由单层立方上皮细胞围成的封闭性腔，滤泡腔内充满胶状物——甲状腺球蛋白。滤泡上皮细胞随甲状腺机能活动增强或减弱而呈柱状或扁平状。细胞顶端（即面向泡腔）有微绒毛，细胞内有许多小泡和溶酶体。滤泡上皮细胞能合成、贮存和分泌甲状腺激素。其胞膜上的“碘泵”将碘从血液主动转运至细胞内，碘被活化。活化的碘与甲状腺球蛋白（由粗面内质网合成）的酪氨酸残基结合，成为碘化的甲状腺球蛋白。碘的活化和甲状腺球蛋白碘化都在微绒毛与腺泡腔交界处，由同一过氧化物酶催化完成。碘化的甲状腺球蛋白以胶质的形式贮存在滤泡腔，贮量较大。当甲状腺受到刺激时，滤泡上皮细胞顶端伸出伪足将甲状腺球蛋白的胶质小滴吞饮入胞，与溶酶体融合，并被溶酶体中的蛋白水解酶水解，释放出三碘甲腺原氨酸（T3）和四碘甲腺原氨酸（T4），T3、T4从细胞底部分泌入组织间隙，然后进入毛细血管。
