Tiroid bezi, hormonlarını, tiroksin (T4) ve triiyodotironin (T3), büyük bir protein molekülü olan tiroglobulin formunda depolar. Tiroglobulin sentezlenir ve tiroid hücrelerinden foliküler lümene salınır ve burada depolanır. Vücudun tiroid hormonlarına ihtiyacı olduğunda, foliküler hücreler endositoz yoluyla tiroglobulini alır, onu parçalar ve T4 ve T3'ü kan dolaşımına salar.
Hormonları hücre dışında depolama yeteneği, tiroid bezinin, bu hormonlara olan talep dalgalansa bile kanda nispeten sabit bir tiroid hormonu seviyesini korumasını sağlar.