Vývoj a funkci periferního a centrálního nervového systému ovlivňuje řada komplexních regulačních mechanismů. Mezi nimi patří hormony k nejsilnějším regulačním faktorům. Různé částice známé svou hormonální aktivitou slouží jako neurotransmitery. Kromě toho systémově vylučované hormony modulují funkci nervového systému jak na úrovni mozku, tak v periferních orgánech. Bylo prokázáno, že funkce štítné žlázy hraje klíčovou roli ve správném kognitivním vývoji, ale také v mnoha dalších aspektech činnosti nervového systému, a to v mechanismech zahrnujících přímou interakci s vnitřními regulačními okruhy nebo nepřímo prostřednictvím systémových účinků působících např. na oběhový systém nebo metabolické dráhy. Vzhledem k těmto úzkým vztahům s funkcí nervového systému jsou poruchy tyreometabolického stavu spojeny s rozsáhlým spektrem neurologických příznaků a symptomů, včetně: poruch nálady a kognitivních funkcí, bolestí hlavy, oftalmoplegie, tremoru a dalších pohybových poruch, svalové slabosti atd. Hyper- i hypotyreóza mohou způsobovat psychiatrické příznaky, jako jsou depresivní nebo úzkostné poruchy, poruchy paměti, neschopnost exekutivy a dokonce psychózy. Těžká dekompenzovaná hypotyreóza může vyústit v myxoedémové kóma – život ohrožující stav s postupně progredujícími encefalopatickými příznaky. Steroidní encefalopatie spojená s autoimunitní tyreoiditidou (SREAAT) představuje další formu encefalopatického onemocnění spojeného s onemocněním štítné žlázy a způsobujícího potenciálně závažné klinické komplikace. Na periferii mohou tyreometabolické poruchy ovlivnit svalové funkce, což vede k subjektivní únavě a nízké toleranci fyzické zátěže a v některých případech (zejména u hypotyreózy) k objektivním myopatickým příznakům. Postižen může být také periferní nervový systém, především u pacientů s hypotyreózou, s větší tendencí k rozvoji periferní polyneuropatie a entrapment neuropatií, jako jsou syndromy karpálního tunelu nebo Guyonova kanálu.
.