視床下部-下垂体-甲状腺軸
TSHの分泌は甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(チロリベリン、Thyroliberin, TRH)によっても制御されており、TRHの分泌は脳脊髄液中のT4・T3によって抑制される(長周期フィードバック、Fekete–Lechanループ)。その他のフィードバックループとしては、TSH分泌の超短周期フィードバック制御(Brokken-Wiersinga-Prummelループ)、血漿タンパク結合制御による線形フィードバックループがある。
最近の研究では、ヒトにおいてTSHの分泌とデヨージナーゼ活性を結びつける追加のフィードフォワード(英語版)(予測制御)因子の存在が示唆された。このTSH-T3シャントの存在は、甲状腺機能低下症患者のデヨージナーゼ活性が高い理由や、極一部の患者にT3補充療法が有効である理由を説明するものである。
T3、サイトカイン、TSH受容体抗体などの複数の求心性シグナルがTSH放出制御に関与していることは、遊離T4濃度とTSHレベルの関係がこれまで提唱されてきた純粋な対数線形関係からずれている理由であると考えられる。最近の研究では、グレリンも直接またはネガティブフィードバックを介してT4産生刺激に続くTSHの抑制を引き起こしていることが示唆されている。