具體確切的病因尚難肯定，但從流行病學調查、腫瘤實驗性研究和臨床觀察，甲狀腺癌的發生可能與下列因素有關。
1、放射性損傷用X線照射實驗鼠的甲狀腺，能促使動物發生甲狀腺癌。實驗證明131Ⅰ能使甲狀腺細胞的代謝發生變化，細胞核變形，甲狀腺素的合成大為減少。可見放射線一方面引起甲狀腺細胞的異常分裂，導致癌變;另一方面使甲狀腺破壞而不能產生內分泌素，由此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。
2、碘和TSH攝碘過量或缺碘均可使甲狀腺的結構和功能發生改變。如瑞士地方性甲狀腺腫流行區的甲狀腺癌發病率為2‰較柏林等非流行高出20倍。相反，高碘飲食也易誘發甲狀腺癌，冰島和日本是攝碘量最高的國家，其甲狀腺癌的發現率較其他國家高。實驗證明，長期的TSH刺激能促使甲狀腺增生，形成結節和癌變。
3、其他甲狀腺病變臨床上有甲狀腺腺癌、慢性甲狀腺炎、結節性甲狀腺腫或某些毒性甲狀腺腫發生癌變的報道，但這些甲狀腺病變與甲狀腺癌的關係尚難肯定。以甲狀腺腺瘤為例，甲狀腺腺瘤絕大多數為濾泡型，僅2～5%為乳頭狀瘤;如甲狀腺癌由腺瘤轉變而成，則絕大多數應為濾泡型，而實際上甲狀腺癌半數以上為服頭狀癌，推測甲狀腺腺瘤癌變的發生率也是很小的。
4、遺傳因素約5～10%甲狀腺髓樣癌有明顯的家族史，而且往往合併有嗜鉻細胞瘤等閏，推測這類癌的發生可能與染色體遺傳因素有關。
