La prima cosa da fare sono le analisi del sangue per misurare gli ormoni tiroidei nel sangue (T3 ed T4) e il TSH,  per accertare il funzionamento della tiroide. L’alterazione di questi valori significa solitamente la presenza di disfunzioni di origine non tumorale, come ipotiroidismo, ipertiroidismo o infiammazioni come le tiroiditi.  Si misurano inoltre gli autoanticorpi anti-tireoglobulina e anti-tireoperossidasi per verificare che non vi siano concomitanti fenomeni autoimmunitari. In caso non ci siano variazioni di questi valori, in presenza di un nodulo, si raccomanda anzitutto di misurare almeno una volta la calcitonina che non deve essere elevata, perché altrimenti potrebbe essere indice di un possibile carcinoma midollare della tiroide. L’esame più importante per la diagnosi del tumore alla tiroide è l’ecografia, che coinvolge anche i linfonodi circostanti. In caso di masse sospette e del diametro superiore a 1 centimetro si procede con l’agoaspirazione. Si utilizza anche la scintigrafia tiroidea, per misurare la capacità della tiroide captare lo iodio.  Nel caso di noduli più estesi si sottopone il paziente a TC o una risonanza del collo, che permettono di visionare meglio i tessuti circostanti.