碘在体内主要参与甲状腺激素的合成，其生理作用也是通过甲状腺激素的作用表现出来的。甲状腺素调节和促进代谢，与生长发育关系密切。
（1）参与能量代谢。在蛋白质、脂类与碳水化合物的代谢中，甲状腺素促进氧化和氧化磷酸化过程，促进分解代谢、能量转换、增加氧耗量、参与维持与调节体温。
（2）促进代谢和身体的生长发育。所有的哺乳类动物都必须有甲状腺素以维持其细胞的分化与生长发育期儿童的身高、体重、肌肉、骨骼的增长和性发育都必须有甲状腺激素的参与，碘缺乏即可致儿童生长发育受阻，缺碘是侏儒症的一个最主要病因。甲状腺激素促进DNA及蛋白质合成、维生素的吸收和利用，且是许多重要的酶活化所必需，如细胞色素酶系、琥珀酸氧化酶系等，对生物氧化和代谢都有促进作用。
（3）促进神经系统发育。在脑发育阶段，神经元的迁移及分化、神经突起的分化和发育，尤其是树突、树突棘、触突、神经微管以及神经元联系的建立、髓鞘的形成和发育都需要甲状腺激素的参与。
（4）垂体激素作用。碘代谢与甲状腺激素合成、释放及功能作用受促甲状腺素（TSH）的浓度调节；TSH的分泌则受血浆甲状腺激素浓度的反馈影响。当血浆中甲状腺激素增多，垂体即受到抑制，促使甲状腺激素分泌减少；当血浆中甲状腺激素减少时，垂体前叶TSH分泌即增多，这种反馈性的调节，对稳定甲状腺的功能很有必要，并对碘缺乏病的作用也大。TSH的分泌又受丘脑下部分泌的TSH释放因子所促进，丘脑下部则受中枢神经系统调节，由此可见，碘、甲状腺激素与中枢神经系统关系是极为密切的。