Kelenjar tiroid adalah bagian dari sistem endokrin, dan fungsinya untuk menghasilkan hormon yang membantu mengatur metabolisme tubuh. Di tiroid, sel-sel sehat biasanya tumbuh, membelah dan kemudian berhenti membelah secara sistematis. Kanker tiroid dimulai ketika sel-sel kehilangan kemampuannya untuk berhenti bereproduksi kemudian mati seperti biasanya tetapi, sebaliknya, terus membelah dan berkembang biak ketika mereka tidak lagi dibutuhkan, akhirnya membentuk tumor. Pada awal 2011, peneliti medis belum menetapkan penyebab pasti kanker tiroid. Gen diakui memainkan peran sentral sebagai salah satu penyebab kanker tiroid, tetapi faktor risiko independen seperti radiasi, usia dan jenis kelamin juga telah ditemukan terkait dengan perkembangan kanker tiroid, sehingga kepentingan relatif gen versus risiko faktor sebagai penyebab kanker tiroid masih belum jelas bagi para ilmuwan.
Ada empat jenis utama kanker tiroid: papiler, folikel, anaplastik dan meduler. Papiler dan folikel sejauh ini merupakan jenis kanker tiroid yang paling umum. Dalam kasus bentuk-bentuk ini, para peneliti medis telah mampu menetapkan bahwa mutasi gen hadir dalam persentase yang signifikan dari kanker-kanker ini. Untuk kedua bentuk anaplastik dan meduler kanker tiroid, hubungan genetik juga telah dibuat, tetapi dalam persentase kasus yang lebih rendah.
Selain genetika, peneliti medis telah mengidentifikasi beberapa faktor risiko independen sebagai penyebab kanker tiroid. Faktor risiko paling umum di antara penyebab kanker tiroid adalah paparan radiasi, riwayat keluarga dan kekurangan yodium. Jenis kelamin, usia dan ras juga merupakan faktor risiko yang diketahui.
Paparan radiasi tingkat tinggi merupakan faktor risiko yang terbukti untuk kanker tiroid. Perawatan radiasi pada kepala dan leher untuk alasan medis merupakan salah satu sumber dari individu yang menerima radiasi dosis tinggi. Dampak dari pengujian dan penggunaan senjata nuklir adalah hal lain. Terakhir, kecelakaan pembangkit listrik tenaga nuklir juga dapat menyebabkan paparan radiasi. Paparan radiasi sebagai seorang anak membawa lebih banyak risiko daripada paparan selama masa dewasa.
Riwayat keluarga gondok, yang merupakan pembesaran jinak kelenjar tiroid, merupakan faktor risiko kanker tiroid. Kondisi bawaan tertentu, seperti penyakit Cowden, juga meningkatkan risiko. Beberapa bentuk kanker tiroid diturunkan dalam keluarga karena gen cacat yang diturunkan. Diet yang terlalu rendah yodium merupakan faktor risiko kanker tiroid papiler dan folikel. Terakhir, wanita lebih mungkin terkena kanker tiroid, seperti juga orang yang berusia lebih dari 40 tahun dan, di Amerika Serikat, mereka yang bule.