Diagnosis kanker tiroid sangat berharga pada tahap awal. Setiap nodul tiroid terisolasi yang ditemukan harus secara klinis dikecualikan dari kanker tiroid. Jika nodulnya keras dan tidak rata, dengan pembesaran kelenjar getah bening serviks, kelumpuhan saraf laring berulang atau riwayat refleks leher sebelumnya, kemungkinan kankernya tinggi. Demikian pula, jika salah satu dari beberapa nodul dalam kelenjar tiroid ditemukan sangat menonjol dan keras, kanker tiroid juga harus dicurigai. Selain itu, kanker tiroid harus dipertimbangkan jika tiroid itu sendiri tampak membesar secara asimetris atau keras dan tumbuh dengan cepat, atau jika telah menjadi tetap. Penting untuk tidak terlalu bergantung pada permukaan yang tidak rata dan tekstur benjolan yang keras sebagai ciri kanker tiroid saat membuat diagnosis. Beberapa kanker tiroid dapat memiliki benjolan yang lunak, halus dan bergerak, yang tidak jarang terjadi pada karsinoma papiler K. Sebaliknya, karsinoma tiroid yang sangat terkalsifikasi, tiroid nodular dan tiroiditis sklerosis lebih keras dan memiliki permukaan granular dan mudah salah didiagnosis sebagai kanker tiroid. Keyakinan bahwa semua lesi kistik nodul tiroid adalah jinak jelas tidak lengkap. Tingkat lesi kistik menjadi ganas telah dilaporkan sebesar 1,4%, dan tingkat perubahan kistik pada kanker tiroid meningkat seiring dengan pertumbuhan nodul. Pemindaian tiroid 131I atau 99mTc hanya dapat mencerminkan morfologi nodul dan serapan fungsi isotopnya dan tidak dapat menentukan sifatnya. Namun, data klinis menunjukkan bahwa kemungkinan kanker tiroid meningkat secara berurutan dalam pemindaian nodul panas, hangat, dingin dan dingin. Nodul lebih dari 0,5 cm yang terdeteksi pada pemindaian dapat dianggap sebagai kanker tiroid jika telah kehilangan serapan isotop (adanya kista harus disingkirkan dengan USG), tetapi perlu dicatat bahwa kanker tiroid K tidak selalu muncul sebagai nodul dingin. Selain itu, defisit dalam distribusi isotop terkait dengan ukuran tumor, dan kadang-kadang gambar tumor hipofungsional dapat ditutupi oleh jaringan tiroid normal. Sejumlah kecil kanker tiroid muncul sebagai nodul panas. Jika tes di atas tidak mengkonfirmasi diagnosis, sitologi aspirasi jarum halus diindikasikan, sebaiknya 1 hari sebelum operasi, dengan tingkat kepatuhan diagnostik yang tinggi. Pada 10% kasus di mana klasifikasi sitologi lebih lanjut tidak dapat dibuat, eksplorasi bedah untuk pemeriksaan histologis masih diperlukan. Pada karsinoma tiroid meduler, diagnosis dapat ditegakkan dengan pengukuran kalsitonin serum dan pemberian kalsium atau tes stimulasi pentagastrin. Individu dengan bentuk kanker tiroid yang lebih ganas pertama kali muncul dengan kanker metastasis dan pembesaran kelenjar getah bening serviks, sementara kanker tiroid primer tidak dikenali.