多數的研究發現雙向情感障礙患者的促甲狀腺素對促甲狀腺激素釋放激素的反應增強,血漿基礎的促甲狀腺素的濃度升高。雙向情感障礙患者還有其他的下丘腦、垂體、甲狀腺軸的異常,包括促甲狀腺素對促甲狀腺素釋放激素的反應鈍化,血漿促甲狀腺素濃度夜間峰值鈍化或缺失。
抗甲狀腺微粒體抗體或抗甲狀腺球蛋白抗體的出現率也增高,抗甲狀腺素抗體并非鋰鹽治療后產生,但是鋰鹽能夠加速這個抗體的形成。甲狀腺功能減退和臨床上部分雙相情感障礙患者,抑郁和躁狂的快速轉換有關系。也有報道,伴有快速循環發作的雙向情感障礙患者,較沒有快速循環發作的雙向情感障礙患者而言,甲狀腺功能減退的發生率更高。這一部分患者用甲狀腺素治療可能有效。
部分雙相情感障礙患者,尤其是女性以及難治性患者,存在甲狀腺功能低下,18%到25%的抑郁發作患者有不同程度的甲狀腺功能減退,9%到20%的抑郁發作患者抗甲狀腺抗體水平增高。由于疾病長期反復發作,可能導致神經內分泌調節功能改變,反過來又加重疾病本身,從而形成惡性循環。