血清总T3 测定是诊断甲亢最灵敏的一项指标。甲亢时血清总T3可高于正常人4 倍许，而T4 仅为2.5 倍，故根据T3 测定结果，较易和正常人区别开来。若患者总T3 正常，又排除甲状腺激素结合球蛋白降低的因素，则可除外甲亢。
血清总T3 测定是T3 型甲亢的一种特异性诊断指标。血清总T4正常而仅有血清总T3 增高的甲亢，可据此诊断。在功能亢进性甲状腺瘤或多发性甲状腺结节性肿大患者中以及缺碘地区较多见此类型甲亢。
缺碘时血清总T3 水平升高，是机体内环境自身调节机制所致，以维持正常甲状腺功能，是地方性甲状腺肿流行区甲状腺功能减退发病率相对较少的原因。缺碘地区甲亢患者，合成的甲状腺激素以需碘较少的T3 为主，故也常表现为T3 型甲亢。
有些甲亢患者在血清总T4 升高之前，有一段血清总T3 升高期，可能为甲亢的前驱期。甲亢患者经抗甲状腺药物治疗，症状未完全控制，血清总T4 已降至正常，此时血清总T3 仍可高于正常。甲亢复发时，以血清总T3 升高较早，故血清总T3 值升高可作为甲亢复发的先兆诊断。甲亢时用碘131 治疗后，若T3 值仍高，常提示治疗失败。
甲状腺功能减退时血清总T3 不如血清总T4 敏感，诊断价值不大。
由于在甲状腺功能不全时，腺体可在促甲状腺激素及缺碘的刺激下，制造较多的T3 进行代偿，以致血清T3 降低不明显甚至轻度升高，此时血清总T4 已明显下降。
长期营养不良或某些重症全身性疾病时，虽然甲状腺功能正常，患者血清总T4 正常，而血清总T3 可下降，严重者可出现甲状腺功能减退症状。
注意事项如下。
（1）在日常生活中，甲状腺功能正常的人，如长期禁食或患重病时，由于T4 转变为T3 的减少，可使患者血清总T3 值明显下降（称为低T3 综合征）。
（2）凡影响血清总T4 测定的各项血清结合蛋白异常的因素，均影响血清总T3 的测定值。
（3）婴儿脐带血的血清总T3 值比正常人血清明显为低，可能由于胎儿T4 转变为T3 也明显减少所致。