Підвищений рівень Т4 вільного спостерігається при тиреотоксикозі, гіпертиреозі, прийомі низки препаратів і системних захворюваннях. Знижений рівень Т4 вільного спостерігається при гіпотиреозі, дефіциті йоду. Аналіз крові на Т4 вільний рекомендується призначати у комплексі з іншими гормонами щитовидної залози.