Receptory TSH znajdują się w błonie komórkowej komórek pęcherzykowych tarczycy. Mogą być obecne także i w innych tkankach, np. w fibroblastach, które wytwarzają glikozaminoglikany (przyczyniając się do magazynowania wody) lub przeobrażają się w komórki tłuszczowe, powodując wzrost ich objętości i wytrzeszcz gałek ocznych (exophthalmus). Przeciwciała przeciw receptorowi TSH stanowią heterogenną grupę autoprzeciwciał, które wiążąc się z różnymi fragmentami receptora TSH mogą działać jako agoniści lub antagoniści TSH.