甲狀腺分泌過多的病理生理作用是多方面的，但其作用原理尚未完全闡明。近幾年的研究發現，甲狀腺激素可以促進磷酸化，主要通過刺激細胞膜的Na-K-ATP酶(即Na-K泵)，后者在維持細胞內外的Na-K梯度的過程中需要大量能量以促進Na的主動轉移，以致ATP水解增多，從而促進線粒體氧化磷酸化反應，結果氧耗和產熱均增加。甲狀腺激素的作用雖是多方面的但主要體現在促進蛋白質的合成，促進產熱作用，以及與兒茶酚胺具有相互促進作用，從而影響各種代謝和臟器的功能。如甲狀腺激素能增加基礎代謝率，加速多種營養物質的消耗，肌肉也易消耗。甲狀腺激素和兒茶酚胺的協同作用加強后者在神經、心血管和胃腸道等臟器的興奮和刺激。此外，甲狀腺激素對肝臟、心肌和腸道也有直接刺激作用。非浸潤性突眼由交感神經興奮性增高所致，浸潤性突眼則原因不明，可能和自身免疫機制有關。