Im Gegensatz zur Hyperthyreose des Menschen ist die Erkrankung praktisch ausschließlich auf gutartige Tumoren, sogenannte autonome Adenome, zurückzuführen, wobei etwa 70 % der Fälle viele kleine Herde (multifokal) und die übrigen einen einzelnen Adenomherd (unifokal) zeigen. Schilddrüsenkrebs kann in seltenen Fällen ebenfalls eine Hyperthyreose auslösen, ist bei Katzen aber sehr selten (weniger als 5 % der Schilddrüsenerkrankungen). Immunbedingte Hyperthyreosen wie beim Menschen (Hashimoto-Thyreoiditis, Basedow-Krankheit) wurden bislang bei Katzen nicht beschrieben.
Infolge der Adenome (oder selten Karzinome) kommt es zu einer vermehrten Ausschüttung des Schilddrüsenhormons Thyroxin, in drei Viertel der Fälle auch des Triiodthyronins (ein weiteres Hormon der Schilddrüse). Die Ausschüttung dieser Hormone ist bei erkrankten Katzen unabhängig vom die Schilddrüse normalerweise regulierenden Thyreotropin (TSH).
Was diese Adenome auslöst, ist bislang ungeklärt. Einen Einfluss könnten Ernährung und Umwelteinflüsse, aber auch genetische Faktoren haben. Die Fütterung von kommerzieller Katzennahrung stellt laut epidemiologischen Studien einen Risikofaktor für die Entstehung der Krankheit dar, was auf den hohen Gehalt an schilddrüsenvergrößernden (strumigenen) Substanzen wie Sojaisoflavone und den zu geringen Iod-Gehalt zurückgeführt wird. Daneben sind auch Umweltfaktoren wie die Verwendung bestimmter Katzenstreus möglicherweise an der Krankheitsentstehung beteiligt. Neuere Untersuchungen auf molekularer Ebene zeigten bei hyperthyreoten Katzen eine verminderte Expression des G-Proteins G(i2). Dies führt zu einer vermehrten cAMP-Bildung und dies wiederum zu einer Fehlregulation der Mitose und zu einer erhöhten Hormonproduktion.
Das klinische Bild ist sehr variabel und hängt auch vom Ausmaß der Überfunktion ab. Letztlich sind die meisten beobachteten Symptome Zeichen forcierter Stoffwechselvorgänge der erkrankten Tiere, welche durch das Übermaß an Schilddrüsenhormonen bedingt sind.
Das häufigste Anzeichen ist eine Gewichtsabnahme, die bei 88 % der hyperthyreoten Katzen auftritt. Weitere Anzeichen mit einer Häufigkeit von etwa 50 % sind eine tastbare Vergrößerung der Schilddrüse (die gesunde Schilddrüse ist bei der Katze nicht tastbar), Herzrasen und Herzgeräusche sowie eine erhöhte Nahrungsaufnahme bis hin zur Fresssucht. Das Überangebot an Schilddrüsenhormonen kann das klinische Bild einer hypertrophen (häufiger) oder dilatativen (selten) Herzmuskelerkrankung (Kardiomyopathie) hervorrufen. Das Krankheitsbild wird auch als thyreotoxische Kardiomyopathie bezeichnet. Die hypertrophe Form ist nach erfolgreicher Therapie der Hyperthyreose häufig reversibel.
Weitere Symptome, die gelegentlich bei einer Schilddrüsenüberfunktion auftreten, sind ein vermehrtes Stuhlvolumen, Erbrechen, vermehrter Durst und vermehrtes Urinieren, eine erhöhte Aktivität (deutlich seltener auch eine verminderte mit schneller Ermüdbarkeit), Verhaltensänderungen (Ängstlichkeit oder gesteigerte Aggressivität), verminderte Futteraufnahme, Atemnot und Hautveränderungen (struppiges Fell, Haarausfall, vermehrtes Wachstum der Krallen).