O diagnóstico do cancro folicular da tiróide começa com um breve exame físico e história, auxiliado por testes serológicos de ultra-sons. O estado do nódulo no ultra-som irá determinar se o nódulo é benigno ou maligno. Por exemplo, um nódulo com focos calcificados, margens pouco claras, e um rácio de aspecto superior a 1, com um fluxo sanguíneo significativo, seria altamente suspeito de um cancro da tiróide. Há também o caso de uma lesão de crescimento rápido. Para doentes com suspeita de cancro da tiróide, recomenda-se normalmente uma punção citológica. Uma punção citológica antes da cirurgia deve detectá-la 95% do tempo. A forma mais fiável de detectar o cancro da tiróide é realizar uma rápida biopsia intra-operatória da glândula tiróide. O mais exacto é o exame patológico de rotina após a cirurgia, que também pode ser diagnosticado neste grupo de pacientes.