Quando o iodo 131 é absorvido pela glândula tiroide, quase toda a energia dos raios é absorvida pelo tecido da tiroide, mas a energia absorvida pelas células epiteliais foliculares no centro da glândula é maior do que a absorvida pela camada de células com 2 mm de espessura em redor da glândula, pelo que os danos no centro da glândula são maiores do que nas partes periféricas da glândula. Isto deve-se ao facto de parte da energia dos raios emitidos pelas células periféricas da glândula tiroide se perder fora do tecido da tiroide. Observou-se que, quando uma pessoa toma 131 iodado até 100 mmCi, não provoca alterações patológicas nos órgãos periféricos da glândula tiroide e das suas outras glândulas endócrinas. Uma semana após a administração de iodo 131, a glândula tiroide está geralmente isenta de quaisquer alterações histológicas. 2-4 semanas, já se verificam alterações destrutivas acentuadas na parte central da glândula tiroide, tais como edema do estroma, degenerescência, coriorretinite trombótica e hemorrágica aguda, edema epitelial com formação de vacúolos e rutura folicular com infiltração de células polimorfonucleares. Na zona periglandular, os danos são muito menos graves. 2-3 meses, observa-se na glândula hiperplasia fibrótica, infiltração linfocítica, espessamento e hialinização de pequenas arteríolas, descolamento do epitélio folicular e morte gradual do epitélio folicular. Em 1-3 anos, a maior parte do tecido normal da glândula tiroide foi substituído por tecido fibrótico denso.