根据甲状腺癌的组织病理学特点，一般分为四种类型。
(1)乳头状腺癌(papillary carcinoma)：是起源于甲状腺实质的恶性肿瘤。在甲状腺癌中此型最为多见，占50％～89％。常以40岁以内女性及15岁以下的少年儿童多见。其发病率可出现双峰，20岁或30岁前后为第1个高峰，晚年可再次出现高峰。女性与男性之比约为3∶1。一般细胞开始即为恶性。也有少数可由良性腺瘤恶变而来。癌肿多为单个结节，少数为多发或双侧结节，质地较硬，边界不规则，活动度差。肿块生长缓慢，多无明显的不适感，故就诊时，平均病程已达5年左右，甚至达10年以上。癌肿的大小变异很大，小的直径可小于25px，坚硬，有时不能触及，常因转移至颈淋巴结而就诊，甚至在尸检时病理切片才得以证实为甲状腺癌。大的乳头状癌直径可达250px，常因病程长易发生囊性变、纤维化及钙化。癌肿巨大可引起局部压迫症状，造成吞咽困难、呼吸困难及声音嘶哑。乳头状癌囊性变时，穿刺可抽出黄色液体，易误诊为囊肿。乳头状癌属低度恶性，转移较晚，易侵犯淋巴管，故早期多见颈淋巴结转移，尤多见于儿童。这种侵袭性损害进展缓慢，主要位于双侧颈部淋巴结，肿大的淋巴结可多年未被发现。晚期亦可转移至上纵隔或腋下淋巴结。肿块穿刺及淋巴结活检有助于诊断的确立。镜下肿瘤组织多呈乳头状结组成，乳头大小、长短不一，分支3级以上。乳头中心有纤维及血管，外被以单层或多层立方形癌细胞。核内染色质稀少而呈红颗粒状，分布均匀，似毛玻璃样，为本型特点。
(2)滤泡性腺癌(follicular carcinoma)：是指有滤泡分化而无乳头状结构特点的甲状腺癌，其恶性程度高于乳头状癌，约占甲状腺癌的20％，仅次于乳头状癌而居第2位。主要见于中老年人，特别是40岁以上的女性。可发生在甲状腺瘤或结节性甲状腺肿的基础上。大体形态显示：有完整的包膜，大多为实性、肉样、质较软。肉眼不易发现包膜浸润，可以发生退行性变，包括出血、坏死、囊性变和纤维化等，常与良性滤泡性腺瘤相似而不易区分，甚至在病理冰冻切片时，诊断亦有一定困难。镜下瘤细胞分化不一，呈多样性改变。以滤泡结构为主要组织学特性，类似正常甲状腺的组织，也可以是无滤泡和胶样物的低分化改变，内有包膜及血管浸润。有的滤泡状腺癌的部分或大部分细胞是嗜酸性细胞，如以嗜酸性细胞为主的，可诊断为嗜酸性细胞腺癌。有时少部分的癌细胞类似透明细胞，为透明细胞癌。癌细胞生长缓慢，较易向周围浸润，属中度恶性，主要转移途径是血行转移至肺和骨。
(3)髓样癌(medullary carcinoma)：起源于甲状腺C细胞(即滤泡旁细胞，parafficular cell)，属中度恶性肿瘤，约占甲状腺恶性肿瘤的3％～8％。癌细胞可呈圆形、多边形或梭形，但在同一个癌巢中癌细胞形态一致，无乳头及滤泡结构。胞浆内有嗜酸性颗粒及间质有淀粉样物质为本型特点。电镜下癌细胞浆中可见分泌颗粒。其首次命名由Hazard提出，其分类、分期方法很多，主要来源于欧洲癌症研究与治疗组织(EORTC)，全美甲状腺癌治疗协作研究组(NTCTCS)和甲状腺癌监视、流行病学和转归标准(SEER)等。甲状腺髓样癌一般可分为散发型和家族型两大类。散发型约占80％，家族型约占20％。其中家族型又可分为3种类型。MEN2A包括甲状腺髓样癌、嗜铬细胞瘤及甲状旁腺功能亢进症。MEN2B包括甲状腺髓样癌、嗜铬细胞瘤及黏膜神经瘤。第3类是与MEN无关的家族类型。甲状腺髓样癌为散发性，平均年龄约50岁，癌肿常为单发，多局限于一侧甲状腺。家族型常为双侧多发性。癌肿一般为圆形或椭圆形结节，质地较硬，边缘清楚，病程长短(数月至10多年)不一。癌肿易侵蚀甲状腺内淋巴管，经淋巴结转移，常转移的部位是颈部淋巴结、气管旁软组织、食管旁或纵隔淋巴结，可产生压迫症状及转移性肿块。也可经血行转移至肺、骨骼或肝脏。肿瘤及受累的淋巴结钙化是诊断的重要线索。甲状腺滤泡旁细胞属于APDD细胞系统(APUD瘤)。因此肿瘤能产生降钙素(CT)、5-羟色胺、舒血管肠肽(VIP)和前列腺素(如图4所示)等生物活性物质。可伴有顽固性腹泻、头晕、乏力、心动过速、心前区紧迫感、气急、面部潮红及血压下降等类癌综合征症状。当癌肿切除后腹泻等类癌综合征消失，复发转移时可重新出现。髓样癌具有诊断意义的标志物是血CT含量。特别是在家族型中，可通过CT测定来筛选家族成员。晚近，人们已用ret基因突变分析来诊断本病，并筛选家族成员中的高危对象。
Girelli总结意大利1969～1986年78例甲状腺髓样癌的病历资料，其结果为：年龄15～89岁，平均45岁，男女比例为1∶2.9。散发型70例，3例为家族型非MEN型，3例为MEN2A型，2例为MEN2B型。平均追踪15.9年，死亡34例(其中4例死于与本病无关的其他疾病)。其平均存活期为6年，22例仍存活者的术后存活时间为10～24年，存活时间长短主要与肿瘤的分期和就诊治疗时的年龄有密切关系，早期治疗的疗效良好。五肽胃泌素试验和术后血CT正常的病人均无复发，而异常者却在术后不同时期内复发，血CT水平越高，复发越早。但亦有30％的病人仅有血CT升高(个别达15年之久)而无病灶复发。
(4)未分化癌(undifferentiated carcinoma)：临床上包括巨细胞癌和小细胞及其他类型的恶性程度较高的甲状腺癌(鳞状细胞癌、腺样囊性癌、黏液腺癌以及分化不良的乳头状癌、滤泡状癌)。此型临床较为少见，是甲状腺肿瘤中恶性程度最高的一种，病情发展迅速，早期即发生局部淋巴结转移，或侵犯喉返神经，气管或食管，并常经血行转移至肺、骨等处常见于60～70岁的老年人，约占甲状腺癌的5％。发病前可有甲状腺肿或甲状腺结节，但短期内肿块迅速增大，并迅速发生广泛的局部浸润，形成双侧弥漫性甲状腺肿块。肿块局部皮肤温度增高，肿块大而硬，边界不清，并与周围组织粘连固定，伴有压痛。常转移至局部淋巴结而致淋巴结肿大。临床上可表现声音嘶哑、吞咽困难及呼吸困难。未分化癌除淋巴结转移外，也易经血行向远处播散。
