人體最大的內分泌腺，在成人其重量約20～40克。位于頸前部，由兩個側葉和一個峽部組成，呈“H”形。外包以結締組織被膜，分內、外兩層，內層伸入腺實質將它分為若干小葉。甲狀腺的實質由大小不等、呈囊狀的濾泡（直徑0.1～0.5毫米）組成。濾泡之間有豐富的毛細血管網。濾泡是由單層立方上皮細胞圍成的封閉性腔，濾泡腔內充滿膠狀物——甲狀腺球蛋白。濾泡上皮細胞隨甲狀腺機能活動增強或減弱而呈柱狀或扁平狀。細胞頂端（即面向泡腔）有微絨毛，細胞內有許多小泡和溶酶體。濾泡上皮細胞能合成、貯存和分泌甲狀腺激素。其胞膜上的“碘泵”將碘從血液主動轉運至細胞內，碘被活化。活化的碘與甲狀腺球蛋白（由粗面內質網合成）的酪氨酸殘基結合，成為碘化的甲狀腺球蛋白。碘的活化和甲狀腺球蛋白碘化都在微絨毛與腺泡腔交界處，由同一過氧化物酶催化完成。碘化的甲狀腺球蛋白以膠質的形式貯存在濾泡腔，貯量較大。當甲狀腺受到刺激時，濾泡上皮細胞頂端伸出偽足將甲狀腺球蛋白的膠質小滴吞飲入胞，與溶酶體融合，并被溶酶體中的蛋白水解酶水解，釋放出三碘甲腺原氨酸（T₃）和四碘甲腺原氨酸（T₄），T₃、T₄從細胞底部分泌入組織間隙，然后進入毛細血管。