При тиреотоксикозе в той или иной степени вовлекается в процесс и сама эндокринная система, что выражается в функциональных и анатомических изменениях ее. Наиболее существенные изменения отмечаются у лиц женского пола. Функция половых желез у них очень часто подавляется: менструации ослабевают и даже прекращаются, падает либидо. Беременность в очень тяжелых случаях тиреотоксикоза обычно не наступает, но это не является правилом, так что фраза "не могу забеременеть" при тиреотоксикозе звучит не так часто. У девочек менструации и вторичные половые признаки могут долго не выявляться. Если же вторичные половые признаки уже имеются, то при возникновении тиреотоксикоза они могут подвергнуться обратному развитию. Излечение от тиреотоксикоза может привести к восстановлению вторичных половых признаков и возобновлению менструаций.
У мужчин в тяжелых случаях тиреотоксикоза исчезает половое чувство и заметно снижается потенция. Частично это следует объяснить резкой физической слабостью и плохим самочувствием больного. Анатомические изменения в половых железах обычно сводятся к явлениям атрофии секреторных элементов и разрастанию соединительной ткани.
Вовлечение надпочечников в процесс анатомически характеризуется уменьшением их объема. Клинические же признаки указывают на избыточное вымывание адреналина (тахикардия, повышение артериального кровяного давления, обеднение печени гликогеном и пр.) и на снижение функциональной деятельности их коркового слоя - болезнь Аддисона (мышечная слабость, потемнение покровов и др.).
Клинических признаков поражения гипофиза при тиреотоксикозе не наблюдается.
В тяжелых случаях тиреотоксикоза, наряду со значительной гиперплазией лимфатического аппарата, обнаруживается заметная гиперплазия щитовидной железы.
При легкой форме тиреотоксикоза изменения в эндокринной системе бывают незначительными—они носят преимущественно функциональный характер.