L-Thyroxine ใช้ในการรักษาภาวะต่อมไทรอยด์ทำงานน้อย (Hypothyroidism) ซึ่งเป็นภาวะที่ต่อมไทรอยด์ผลิตฮอร์โมนไม่เพียงพอ โดยช่วยปรับสมดุลระดับฮอร์โมนไทรอยด์ในร่างกาย ทำให้อาการต่างๆ เช่น อ่อนเพลีย น้ำหนักเพิ่ม ผิวแห้ง และซึมเศร้าดีขึ้น นอกจากนี้ยังใช้ในการป้องกันการกลับมาเป็นซ้ำของมะเร็งไทรอยด์หลังการรักษาด้วยการผ่าตัดหรือการรักษาด้วยรังสี ในบางกรณีอาจใช้เพื่อทดสอบการทำงานของต่อมไทรอยด์ (Thyroid suppression test) เพื่อช่วยวินิจฉัยโรคไทรอยด์ได้อย่างแม่นยำ