到目前為止，甲狀腺癌的病因尚不明確。在臨床實踐中，認為其發病可能與下列因素有關。
1、碘與甲狀腺癌
一般認為，碘缺乏導致地方性甲狀腺腫，甲狀腺激素合成減少，促甲狀腺激素(TSH)水平增高，刺激甲狀腺濾泡增生肥大，使甲狀腺癌發病率增加，但多為濾泡狀甲狀腺癌。而在非地方性甲狀腺腫流行區，甲狀腺乳頭狀癌佔分化良好甲狀腺癌的85％，高碘飲食可能增加甲狀腺乳頭狀癌的發生率。
2、放射線與甲狀腺癌
用X線照射實驗鼠的甲狀腺，能促使動物發生甲狀腺癌;另一方面使甲狀腺破壞而不能產生甲狀腺素，引起的促甲狀腺激素(TSH)大量分泌也能促發甲狀腺細胞癌變。在嬰幼期曾因胸腺腫大接受上縱隔或頸部放射治療的兒童尤易發生甲狀腺癌，這是因為兒童和少年的細胞增殖旺盛，放射線是一種附加刺激，易促發其腫瘤的形成。日本長崎、廣島在原子彈爆炸後，甲狀腺癌的發病率有所增加。
3、促甲狀腺激素慢性刺激與甲狀腺癌
TSH通過cAMP介導的訊號傳導途徑調節甲狀腺濾泡細胞的生長，可能發生甲狀腺癌，血清TSH水平增高，誘匯出結節性甲狀腺腫，給予誘變劑和TSH刺激後可誘匯出甲狀腺濾泡狀癌。而且臨床研究表明，TSH抑制在分化型甲狀腺癌術後的治療中發揮重要作用，但TSH刺激是否是甲狀腺癌發生的致病因素仍有待證實。
4、性激素的作用與甲狀腺癌
由於在分化良好甲狀腺癌患者中，女性明顯多於男性，因而性激素與甲狀腺癌的關係受到重視。臨床上發現，通常青少年的腫瘤較成人大，青少年發生甲狀腺癌的頸淋巴結轉移或遠處轉移也比成人早，但預後卻好於成人，10歲後女性的發生率明顯增加，有可能雌激素分泌增加與青年人甲狀腺癌的發生有關。有研究發現甲狀腺組織中存在性激素受體：雌激素受體(ER)和孕激素受體(PR)，而且甲狀腺癌組織中有ER。但性激素對甲狀腺癌的影響至今尚無定論。
5、其他甲狀腺疾病與甲狀腺癌
(1)結節性甲狀腺腫：甲狀腺癌在結節性甲狀腺腫中的發生率可高達4％～17％。結節性甲狀腺腫是TSH引起甲狀腺內不同部分的濾泡上皮增生，會出現乳頭狀增生和血管再生，可能發生乳頭狀甲狀腺癌。用碘缺乏病地區的飲水和糧食餵養大鼠或小鼠後，血清TSH水平增高，不僅誘匯出結節性甲狀腺腫，而且在其中發生甲狀腺癌，是甲狀腺癌發病的危險因素。
(2)甲狀腺增生：有報道發現先天性增生性甲狀腺腫長期得不到適當的治療，最終發生甲狀腺癌，因而及時發現先天性增生性甲狀腺腫，並予甲狀腺激素替代治療，消除TSH的長期刺激非常重要。
(3)甲狀腺腺瘤：有人認為甲狀腺癌的發生與單發性甲狀腺腺瘤有關。如果甲狀腺癌繼發於甲狀腺腺瘤，其型別應該以濾泡狀癌為主，但實事是甲狀腺乳頭狀癌佔絕大多數，甲狀腺濾泡狀癌的患者常有腺瘤病史，但要證實兩者的關係卻相當困難。
(4)慢性淋巴細胞性甲狀腺炎(Hashimoto thyroiditis，HT)：既橋本氏病。近年來，在HT中發現甲狀腺癌的報告越來越多，發生率4.3％～24％，HT與甲狀腺癌可以是兩種無關聯的疾病而同時共存於甲狀腺中。另一方面，局灶性的HT也可能是機體對甲狀腺癌的免疫反應。可能HT導致甲狀腺濾泡細胞破壞，甲狀腺激素分泌減少，反饋性引起TSH增高，TSH持續刺激甲狀腺濾泡細胞，過度增生而癌變;也可能TSH作為促進因素，在甲狀腺致癌基因過度表達的同時發生癌變;還有人認為HT與甲狀腺癌有共同的自身免疫異常的背景。
(5)甲狀腺功能亢進症：由於甲亢患者的血清TSH呈低水平，既往認為在甲亢患者中不發生甲狀腺癌。但有報道，其甲狀腺癌發生率為2.5％～9.6 ％。而在甲狀腺癌中，甲亢的發生率可達3.3％～19％。應重視甲亢合併甲狀腺癌的臨床情況，更應警惕甲狀腺癌的存在。
6、家族因素與甲狀腺癌
甲狀腺癌較少作為獨立的家族性綜合徵，但可作為家族性綜合徵或遺傳性疾病的一部分，少數家族有患多灶性分化良好的甲狀腺癌的傾向。
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