La triiodotironina (T3) è l'ormone tiroideo biologicamente più attivo, con un'affinità per il recettore nucleare tiroideo circa 10-15 volte superiore rispetto alla T4. Solo il 20% della T3 circolante è secreto direttamente dalla tiroide; il restante 80% deriva dalla desiodazione periferica della T4 ad opera della 5'-desiodasi di tipo 1 (fegato, rene) e di tipo 2 (cervello, ipofisi, tessuto adiposo bruno). Nel sangue il 99,7% della T3 circola legato a proteine (TBG, albumina, transtiretina) e solo lo 0,3% è in forma libera (FT3). Il dosaggio della FT3 si esegue su siero con immunoassay (chemiluminescenza, ECLIA). Valori normali sono indicativamente 2,0-4,4 pg/mL. La FT3 è particolarmente utile nella diagnosi della tireotossicosi da T3 (T3-thyrotoxicosis), una condizione in cui la FT4 è normale ma la FT3 è elevata con TSH soppresso, che può rappresentare una fase precoce del morbo di Graves o dell'adenoma tossico. Nella sindrome da bassa T3 (euthyroid sick syndrome o nonthyroidal illness), frequente nei pazienti critici ospedalizzati, la conversione periferica della T4 in T3 è ridotta con FT3 bassa, FT4 normale o bassa e TSH variabile; questa condizione non richiede trattamento con ormoni tiroidei. La FT3 diminuisce anche con farmaci come amiodarone, propranololo e corticosteroidi che inibiscono la conversione periferica.