O processo de diagnóstico do câncer de tireoide geralmente começa com a detecção de um nódulo na glândula tireoide. O método de exame principal e mais crucial é a ultrassonografia da tireoide. Se um nódulo tireoidiano com características suspeitas de câncer for identificado durante a ultrassonografia, uma biópsia por aspiração por agulha fina (BAAF) é realizada. A BAAF, considerada o padrão ouro mundial para o diagnóstico preliminar do câncer de tireoide, é avaliada por um citologista. Se os resultados da biópsia sugerirem malignidade, o diagnóstico definitivo é tipicamente estabelecido por meio de um exame detalhado do tecido tireoidiano removido cirurgicamente por um patologista.

Além disso, os seguintes métodos podem ser utilizados no processo de diagnóstico:
* Exames de Sangue: Os níveis de hormônios da tireoide e marcadores de câncer específicos (por exemplo, calcitonina) podem ser avaliados.
* Métodos de Imagem (TC, RM): A tomografia computadorizada (TC) e a ressonância magnética (RM) podem ser utilizadas para avaliar a disseminação do câncer ou metástases à distância.