Schilddrüsenbiopsien können mit drei primären Methoden durchgeführt werden:

1. Feinnadelaspirationsbiopsie (FNA-Biopsie):
Dies ist die häufigste und bevorzugte Methode zur Beurteilung von Schilddrüsenknoten. Das Verfahren umfasst die Reinigung des Patientenhalses mit einer antiseptischen Lösung, gefolgt von der optionalen Anwendung einer lokalen oder topischen Anästhesie. Unter Ultraschallführung führt ein Arzt eine sehr feine Nadel, die dünner ist als die für Blutentnahmen verwendeten, in den Schilddrüsenknoten ein, um Zellen zu aspirieren. Um eine ausreichende Probenentnahme zu gewährleisten und die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von Krebszellen zu erhöhen, kann die Nadel mehrmals (typischerweise 2 bis 6 Durchgänge) in den Knoten eingeführt werden. Nach der Probenentnahme wird Druck auf den Hals ausgeübt. Eine FNA-Biopsie dauert in der Regel etwa 30 Minuten.

2. Stanzbiopsie (Core Needle Biopsy, CNB):
Eine Stanzbiopsie wird in der Regel durchgeführt, wenn eine Feinnadelaspirationsbiopsie keine definitive Diagnose liefert. Bei diesem Verfahren verwendet ein erfahrener Arzt eine größere, spezialisierte Nadel, die sich von denen der FNA unterscheidet, um eine kleine Gewebeprobe (etwa die Größe eines Reiskorns) aus dem Knoten zu entnehmen. Diese Gewebeprobe wird dann zur detaillierten Analyse an ein pathologisches Labor geschickt.

3. Chirurgische (offene) Biopsie:
Diese Methode ist ein chirurgischer Eingriff, der in einem Operationssaal unter Vollnarkose von einem Chirurgen durchgeführt wird. Die Haut über der Schilddrüse wird mit einer antiseptischen Lösung vorbereitet. Der Chirurg macht einen Einschnitt in die Haut des Patienten, um die Schilddrüse zu visualisieren und eine Gewebeprobe oder einen gesamten Knoten zu entnehmen. Während des Eingriffs, wenn Krebszellen identifiziert werden, kann der Chirurg einen Teil oder die gesamte Schilddrüse entfernen. Der Einschnitt wird dann mit Nähten verschlossen und mit einem Verband abgedeckt. Einige Patienten müssen nach diesem Eingriff möglicherweise eine Nacht im Krankenhaus bleiben. Eine chirurgische Biopsie ist normalerweise für Fälle reserviert, in denen andere diagnostische Tests die Ursache der Symptome nicht bestimmen konnten. Aufgrund ihrer invasiven Natur und längeren Erholungszeit im Vergleich zu Nadelbiopsien wird sie seltener angewendet.