腺垂体分泌TSH受下丘脑TRH的控制。下丘脑TRH神经元接受神经系统其他部位传来的信息影响，把环境因素与TRH神经元活动联系起来，然后TRH神经元释放TRH，作用于腺垂体。如寒冷刺激的信息到达中枢神经系统，一方面传入下丘脑体温调节中枢，同时还与该中枢接近的TRH神经元发生联系，促进TRH释放增多，进而使腺垂体TSH分泌增加。即在此过程中，去甲肾上腺素起重要的递质作用，它能增强TRH神经元释放TRH，如果阻断去甲肾上腺素的合成，则机体对寒冷刺激引起的这一适应性反应大大减弱。此外，下丘脑还可通过分泌生长抑素减少或停止TRH的合成与释放。应激刺激可通过单胺能神经元影响生长抑素的释放，如外科手术与严重创伤可引起生长抑素的释放，从而使腺垂体分泌的TSH减少，T ₄与T ₃的分泌水平降低，减少机体的代谢消耗，有利于创伤修复过程。

TRH对TSH的调节可理解为“质”的调节和“量”的调节两个方面。所谓“量”的调节即为通常所指的TRH对TSH分泌量的调控作用，TRH分泌增多，TSH合成也增多，反之则减少。TRH促进TSH细胞合成在结构上和生物活性上完全正常的TSH（质的调节），其关键作用是使TSH的寡糖链具备完整的结构和活性。但有时分泌的TSH的免疫活性正常而生物活性下降（质的调节障碍），原因是由于修饰、糖化TSH链上的寡糖的合成酶缺陷所致。只有当质和量的调节都正常时，TRH-TSH-TH的调节才可能正常。