Ketika 131 yodium diserap oleh kelenjar tiroid, hampir semua energi sinar diserap oleh jaringan tiroid, tetapi energi yang diserap oleh sel epitel folikel di bagian tengah kelenjar lebih besar daripada energi yang diserap oleh lapisan sel setebal 2 mm di sekeliling kelenjar, sehingga kerusakan pada bagian tengah kelenjar lebih besar daripada kerusakan pada bagian tepi kelenjar. Hal ini disebabkan karena sebagian energi sinar yang dipancarkan dari sel perifer kelenjar tiroid hilang di luar jaringan tiroid. Telah diamati bahwa ketika seseorang mengonsumsi 131 yodium hingga 100mmCi, hal itu tidak menyebabkan perubahan patologis pada organ perifer kelenjar tiroid dan kelenjar endokrin lainnya. Satu minggu setelah pemberian 131 yodium, kelenjar tiroid umumnya bebas dari perubahan histologis. 2-4 minggu, sudah ada perubahan destruktif yang ditandai pada bagian tengah kelenjar tiroid, seperti oedema stroma, degenerasi, trombotik akut dan korioretinitis hemoragik, pembengkakan epitel dengan pembentukan vakuola, dan gangguan folikel dengan infiltrasi sel polimorfonuklear. Di daerah periglandular, kerusakannya tidak terlalu parah. 2-3 bulan, hiperplasia fibrotik, infiltrasi limfositik, penebalan dan hialinisasi arteriol kecil, pelepasan epitel folikel dan kematian epitel folikel secara bertahap diamati di kelenjar. dalam 1-3 tahun, sebagian besar jaringan normal kelenjar tiroid telah digantikan oleh jaringan fibrotik yang padat.