Do tác dụng ức chế tiết hormon kích thích tuyến giáp thyrotropin (TSH) nên levothyroxine sẽ làm giảm kích thước bướu trong những trường hợp bướu cổ đơn thuần và trong bệnh viêm giáp mạn tính. Trong lâm sàng levothyroxine còn được dùng phối hợp với các thuốc kháng giáp trong nhiễm độc giáp, để ngăn chặn bướu giáp và suy giáp.
Khi bổ sung hormon tuyến giáp ngoại sinh sẽ giúp tăng tốc độ chuyển hóa của các mô cơ thể, giúp điều hòa phát triển và biệt hóa tế bào. Nếu thiếu hormon này ở trẻ em sẽ chậm lớn và chậm trưởng thành hệ xương và nhiều bộ phận khác của cơ thể, đặc biệt chậm cốt hóa các đầu xương, chậm tăng trưởng và phát triển bộ não. Hormon tuyến giáp còn làm tăng tiêu thụ ôxy ở đa số các mô và tăng tốc độ chuyển hóa cơ bản và chuyển hóa đường, lipid và protein. Như vậy, hormon đã tác động mạnh đến mọi cơ quan và đặc biệt quan trọng đối với phát triển hệ thần kinh trung ương; tác dụng trực tiếp đến mô, như làm tăng co bóp cơ tim.
Trong từng trường hợp cụ thể, bác sĩ sẽ kê đơn liều dùng và có sự điều chỉnh liều phù hợp; có thể dùng dạng uống hay tiêm. Nhiệm vụ của người bệnh là phối hợp chặt chẽ với bác sĩ điều trị để theo dõi diễn biến bệnh (chuyển biến tốt hay xấu), phát hiện bất lợi của thuốc có thể xảy ra (sụt cân, đánh trống ngực, hồi hộp, dễ kích thích, tiêu chảy, co cứng bụng, vã mồ hôi, nhịp tim nhanh, loạn nhịp tim, đau thắt ngực, run, đau đầu, mất ngủ, không chịu được nóng, sốt)... để được xử lý kịp thời, thích hợp.
Tuy nhiên, những trường hợp sau cần rất thận trọng khi dùng levothyroxine, đó là: Người bệnh tim mạch và tăng huyết áp (khi thấy xuất hiện đau vùng ngực và tăng nặng các bệnh tim mạch cần báo cho bác sĩ biết để giảm liều dùng); người đái tháo đường hoặc đái tháo nhạt hoặc suy thượng thận (khi điều trị levothyroxin sẽ làm tăng thêm các triệu chứng bệnh. Việc điều chỉnh các biện pháp điều trị cho hợp lý trong các bệnh nội tiết song hành này là rất cần thiết); trẻ em (nếu dùng quá liều sẽ gây liền sớm khớp sọ)...