O diagnóstico definitivo do cancro da tiróide baseia-se em provas patológicas (especialmente testes patológicos pós-operatórios), e o diagnóstico pré-operatório baseia-se principalmente na aspiração de agulha fina guiada por ultra-sons ou aspiração grosseira de agulha. Contudo, existe ainda uma certa hipótese de que a aspiração da tiróide com agulha fina não seja consistente com a patologia pós-operatória e não seja o padrão de ouro para o diagnóstico.