Hipertiroidismul, starea patologică constand în secreţia excesivă de hormoni tiroidieni, se numeşte Tireotoxicoza. Manifestările neuro-musculare majore ale hipertiroidismului pot fi împărţite schematic în: tulburările neuropsihice; manifestările musculo-scheletale. Tulburările neuropsihice ale hipertiroidismului (tireotoxicozei), cel mai frecvent întâlnite, sunt agitaţia, anxietatea, iritabilitatea, instabilitatea emoţională şi tremorul. Insomnia este un simptom comun la pacienţii cu hipertiroidism. Reflexele tendinoase sunt accentuate. Au fost raportate şi cazuri de ataxie (incapacitate de a coordona activitatea musculară în timpul mişcării voluntare) şi coree (mişcări involuntare scurte, rapide, neregulate ale umerilor sau extremităţilor), mai rar pot apare hipertensiune intracraniană benignă, inclusiv edem papilar.
Copiii cu hipertiroidism tind să prezinte mai frecvent tulburări de comportament comparativ cu adulţii. Scade gradul de concentrare, devin hiperactivi, au insomnii şi scad performanţele şcolare. La copilul mic hipertiroidismul poate cauza întârziere în dezvoltarea neuromotorie.
Au fost raportate cazuri de asociere de boala Graves cu boala Moyamoya – o tulburare cerebrovasculară caracterizată prin stenoze sereve bilaterale ale porţiunii terminale carotidiene, cu fenomene neurologice focale.
Manifestările musculo-scheletale ale hipertiroidismului (tireotoxicozei) sunt reprezentate de slăbiciune musculară proximală, cu scăderea masei musculare şi diminuarea eficienţei contracţiilor musculare, acestea constituind miopatia tireotoxică. Acuză dificultate la ridicarea din poziţia şezând, la urcatul treptelor şi la ridicarea braţelor deasupra capului. Membrele superioare sunt afectate cu precădere, iar slăbiciunea musculară distală apare de obicei în evoluţia celei proximale. Formele severe merg către rabdomioliză cu insuficienţă renală acută si insuficienţă respiratorie. Au fost descrise şi câteva cazuri de disfagie izolată în cadrul tireotoxicozei.