Diagnosis kanker tiroid folikel dimulai dengan pemeriksaan fisik dan riwayat singkat, dibantu dengan tes serologi ultrasound. Keadaan nodul pada ultrasonografi akan menentukan apakah nodul tersebut jinak atau ganas. Misalnya, nodul dengan fokus kalsifikasi, margin yang tidak jelas, dan rasio aspek yang lebih besar dari 1, dengan aliran darah yang signifikan, akan sangat mencurigakan dari kanker tiroid. Ada juga kasus di mana lesi tumbuh relatif cepat. Untuk pasien yang dicurigai menderita kanker tiroid, tusukan sitologi biasanya direkomendasikan. Tusukan sitologi sebelum pembedahan seharusnya dapat mendeteksi 95% dari waktu yang ada. Cara yang paling dapat diandalkan untuk mendeteksi kanker tiroid adalah dengan melakukan biopsi intraoperatif cepat dari kelenjar tiroid. Yang paling akurat adalah pemeriksaan patologis rutin setelah pembedahan, yang juga dapat didiagnosis pada kelompok pasien ini.