丙硫氧嘧啶是抗甲狀腺藥物，作用主要是在甲狀腺組織內抑制甲狀腺對於碘的攝取，抑制四碘甲狀腺原氨酸的合成和甲狀腺素從甲狀腺濾泡內釋放到體外。

丙硫氧嘧啶是抑制從甲狀腺組織分泌出的四碘甲狀腺原氨酸即T4向T3的轉換，在血液循環中T4向T3的轉換中有脫碘酶，而丙硫氧嘧啶可以抑制脫碘酶，使T4向T3的轉換減少。而沒有生物學活性作用的反T3轉化增加，所以丙硫氧嘧啶在體內對於治療甲狀腺功能亢進症，可以發揮作用。