Fizjologiczna rola tyreoliberyny (TRH) polega na utrzymywaniu homeostazy w obrębie czterech systemów: (i) układu neuroendokrynnego podwzgórze-przysadka mózgowa, (ii) szlaku neuronalnego pień mózgu-śródmózgowie-rdzeń kręgowy, (iii) układu limbiczno-korowego i (iv) układu chronobiologicznego. W ten sposób TRH poprzez różne mechanizmy komórkowe reguluje wiele procesów biologicznych (ogólne pobudzenie organizmu, sen, uczenie się, lokomotorykę, nastrój) i może być rozważana do interwencji oraz użycia klinicznego w razie wystąpienia zaburzeń w poszczególnych układach.