A perifériás és központi idegrendszer fejlődését és működését számos komplex szabályozási mechanizmus befolyásolja. Ezek közül a hormonok a leghatásosabb szabályozó tényezők közé tartoznak. A hormonális aktivitásukról ismert különböző részecskék neurotranszmitterként szolgálnak. Emellett a szisztémásan szekretált hormonok mind agyi szinten, mind a perifériás szervekben modulálják az idegrendszer működését. A pajzsmirigyműködésről bebizonyosodott, hogy döntő szerepet játszik a megfelelő kognitív fejlődésben, de az idegrendszeri aktivitás számos más aspektusában is, olyan mechanizmusokban, amelyek közvetlen kölcsönhatásban állnak a belső szabályozási körökkel, vagy közvetve, pl. a keringési rendszerre vagy a metabolikus útvonalakra gyakorolt szisztémás hatások révén. Az idegrendszeri működéssel való e szoros kapcsolat miatt a tireometabolikus állapot zavarai a neurológiai tünetek és tünetek széles spektrumával járnak együtt, beleértve a következőket: hangulati és kognitív zavarok, fejfájás, szemtengelyferdülés, remegés és más mozgászavarok, izomgyengeség stb. Mind a hiper-, mind a hipotireózis pszichiátriai tüneteket okozhat, mint például depressziós vagy szorongásos zavar, memóriazavarok, végrehajtó képességek hiánya, sőt pszichózis. A súlyos dekompenzált hypothyreosis myxoedema comát eredményezhet – egy életveszélyes állapotot, amely szekvenciálisan progresszív encephalopathiás tünetekkel jár. Az autoimmun pajzsmirigygyulladáshoz társuló szteroid-rezisztens encephalopathia (SREAAT) a pajzsmirigybetegséghez társuló és potenciálisan súlyos klinikai szövődményeket okozó encephalopathiás rendellenesség egy másik formája. A periférián a tirometabolikus zavarok befolyásolhatják az izomműködést, ami szubjektív fáradtságot és alacsony terhelési toleranciát, egyes esetekben (különösen hypothyreosisban) pedig objektív myopathiás tüneteket eredményezhet. A perifériás idegrendszer is érintett lehet, főként hypothyreosisos betegeknél, nagyobb hajlamot mutatva a perifériás polineuropátia és az entrapmentális neuropathiák, például a carpalis alagút vagy a Guyone-csatorna szindróma kialakulására.