甲狀腺分泌的T3、T4、f T3和FT4顯著增加，TSH常因甲狀腺和垂體軸的反饋而下降。如果患者的T3、T4、FT3、FT4隨TSH降低而升高，只有壹種可能，即甲亢。
因為甲亢多為格雷夫斯病，是甲狀腺的自身免疫性疾病，所以常伴有甲狀腺自身抗體、甲狀腺球蛋白抗體、甲狀腺過氧化物酶抗體的增加。Graves病患者促甲狀腺素(TSH)受體抗體-TRAb呈陽性，因為濾泡細胞產生刺激甲狀腺功能的免疫球蛋白-TSI。
有些甲亢患者只能表現為T3和FT3升高，T4和FT4正常，但TSH降低。我們稱之為“T3甲亢”。“T3甲亢”多見於老年甲亢患者或中毒性功能性自主神經發熱結節患者。