PDTC adalah tumor ganas yang menunjukkan diferensiasi sel folikel yang terbatas dan morfologi serta perilaku biologis antara DTC dan ATC. PDTC dapat dikaitkan dengan berbagai proporsi komponen karsinoma terdiferensiasi, tetapi kehadiran bahkan 10% komponen PDTC telah terbukti terkait dengan perilaku agresif dan prognosis yang buruk. Indeks Ki-67 PDTC biasanya antara 10% dan 30%, dan biasanya positif untuk BCL2, CyclinD1 dan secara fokal positif untuk P53, P21 dan P27. Diagnosis banding terutama mencakup MTC, karsinoma paratiroid dan karsinoma yang bermetastasis ke tiroid.
ATC adalah keganasan yang sangat agresif yang terdiri dari sel-sel folikel tiroid yang tidak berdiferensiasi. Ini biasanya muncul sebagai massa leher yang membesar dengan cepat, keras, dan tetap dengan invasi ekstensif ke jaringan di sekitarnya, dan sekitar 30% hingga 40% pasien memiliki metastasis jauh seperti paru-paru, tulang, dan otak. Pola histologis utama adalah sarkomatoid, tumorigenik dan epiteloid, baik sendiri atau dalam proporsi yang bervariasi, atau dengan diferensiasi skuamosa fokal atau heterogen; biasanya disertai nekrosis, banyak schwannoma nuklir dan invasi vaskular. Imunohistokimia: TTF1 dan TG biasanya negatif, PAX8 positif pada sekitar setengah kasus, CK bisa positif di daerah diferensiasi epiteloid, dan LCA, penanda miogenik, dan penanda melanoma terutama digunakan untuk diagnosis eksklusi. Diagnosis banding: jenis tumor yang sangat ganas lainnya seperti sarkoma myxogenik, melanoma ganas dan limfoma sel besar. Tumor tiroid primer yang sangat ganas yang berasal dari non-folikular dan parafolikular juga umumnya diklasifikasikan sebagai ATC, misalnya karsinoma sel skuamosa, sarkoma, karsinoma epidermoid mukinosa, dll.