硫脲类药物是一类常用的抗甲状腺药物，主要包括硫氧嘧啶类（如甲硫氧嘧啶、丙硫氧嘧啶）和咪唑类（如甲巯咪唑、卡比马唑），其作用机制主要体现在以下几个方面。

首先，硫脲类药物能够抑制甲状腺过氧化物酶的活性。甲状腺激素的合成过程较为复杂，需要甲状腺过氧化物酶的参与。该酶可促使碘离子氧化成活性碘，活性碘再与甲状腺球蛋白上的酪氨酸残基结合，生成一碘酪氨酸（MIT）和二碘酪氨酸（DIT），随后MIT和DIT偶联形成甲状腺激素（T3和T4）。硫脲类药物可以与甲状腺过氧化物酶结合，使其失去活性，从而阻止碘的活化、酪氨酸碘化以及碘化酪氨酸的偶联过程，最终抑制甲状腺激素的合成。不过，硫脲类药物对已经合成的甲状腺激素并无作用，所以用药后需要等待体内已合成的甲状腺激素消耗到一定程度才能发挥明显的疗效，一般在用药2 - 3周后甲亢症状才开始减轻，1 - 3个月基础代谢率才恢复正常。

其次，丙硫氧嘧啶还具有在外周组织抑制5’ - 脱碘酶的作用。5’ - 脱碘酶可将T4转化为生物活性更强的T3，丙硫氧嘧啶通过抑制此酶，减少T3的生成。由于T3的生物活性比T4强数倍，所以这一作用对于控制甲亢症状具有重要意义，能更快地缓解甲亢患者的症状。

此外，硫脲类药物还可能通过免疫抑制作用来发挥抗甲状腺效应。自身免疫异常在甲亢的发病机制中起着重要作用，硫脲类药物可以轻度抑制免疫球蛋白的生成，使血循环中甲状腺刺激性免疫球蛋白（TSI）下降，因此对甲亢患者除能控制高代谢症状外，对病因也有一定的治疗作用，有助于降低甲亢的复发率。