Yodium radioaktif 131I umumnya hanya bekerja pada sel kanker tiroid yang mampu mengambil yodium. Sebagian besar kanker tiroid memiliki sel yang terdiferensiasi dengan baik dan dapat diobati dengan metode ini. Ada dua situasi di mana 131I harus digunakan: ketika pasien dengan kanker tiroid mengalami kekambuhan kanker setelah perawatan bedah, atau ketika metastasis (baik metastasis limfatik di leher maupun metastasis ke tempat lain) telah diidentifikasi selama operasi atau setelah diagnosis lainnya. Ada beberapa pasien dengan kanker tiroid yang juga dapat diobati sementara tanpa 131I. Jika kanker tiroid primer berukuran kecil (misalnya kurang dari 1 cm) dan lesi hanya soliter dan tidak menginvasi selubung (karsinoma in situ), pasien-pasien ini cenderung tidak mengalami kekambuhan dan metastasis setelah operasi pengangkatan kanker. Namun demikian, pasien harus mematuhi tablet tiroksin oral setiap hari setelah pembedahan untuk mencegah kekambuhan. Jika terjadi kekambuhan berikutnya, pasien harus diobati dengan pembedahan sesegera mungkin dan kemudian menerima terapi 131I. Jika pasien memiliki kanker tiroid primer yang besar, atau jika ada beberapa lesi kanker tiroid di kelenjar tiroid, atau jika lesi kanker telah menginvasi selubung, yang terbaik adalah menggunakan pengobatan 131I bahkan jika tidak ada lesi metastasis yang jelas ditemukan selama operasi, sehingga sisa pembedahan kelenjar tiroid dan lesi metastasis yang tersembunyi dapat dihilangkan secara efektif untuk mencegah kekambuhan (tentu saja, Anda juga harus bersikeras untuk mengonsumsi tablet tiroksin oral sepanjang waktu setelahnya). Hanya beberapa kanker tiroid yang langka (misalnya, kanker tiroid yang tidak berdiferensiasi, kanker tiroid meduler, dll.) yang tidak dapat diobati dengan yodium radioaktif 131I dan diperlukan pengobatan lain. Selain itu, pasien dengan fungsi hati dan ginjal yang buruk, jumlah darah yang sangat tertekan, atau beberapa kanker tiroid yang sudah lanjut dan parah, mungkin disarankan untuk tidak melakukan pengobatan 131I karena efek samping pengobatan 131I, meskipun lesi kanker dapat mengambil dan mengumpulkan sejumlah yodium radioaktif 131I. Penting untuk dicatat bahwa jika pasien dapat menjalani pembedahan, semua lesi kanker tiroid (termasuk lesi primer, jaringan tiroid normal di leher, dan metastasis) harus diobati dengan pembedahan sebagai pilihan pertama untuk mengangkat jumlah lesi yang maksimal, diikuti dengan pengobatan 131I. Dengan cara ini, pengobatan 131I bertindak cepat, efisien dan memiliki efek samping pengobatan yang lebih sedikit.