根据目前的研究，某些基因，如trk、met、ret/PTC基因，ras基因，myc基因，TSH受体及gsp基因，RB基因，p53 基因，p16基因，nm23基因，Fas/FasL基因，bcl-2基因，血管生成因子，MMPs和FAK,钠/碘同向转运体，Pax8-PPARr1和端粒酶与甲状腺癌的发生有一定关系。
甲状腺癌的病因不是十分明确,可能与饮食因素(高碘或缺碘饮食),放射线接触史,雌激素分泌增加,遗传因素,或其它由甲状腺良性疾病如结节性甲状腺肿、甲亢、甲状腺腺瘤特别是慢性淋巴细胞性甲状腺炎演变而来。甲状腺癌(像几乎所有甲状腺疾病一样)在女性中发生的几率是男性的3倍，原因不明。甲状腺癌可以发生在任何年龄，但女性(确诊时通常是在四五十岁)的风险比男性(通常是六七十岁)更早。 在男性中，甲状腺癌的生长和扩散速度更快。一些遗传疾病与不同类型的甲状腺癌有关，家族病史也是如此。尽管如此，大多数患甲状腺癌的人并没有遗传疾病或家族病史。甲状腺髓样癌:大约2/10的髓样甲状腺癌(MTCs)是由遗传异常基因引起的。这些病例被称为家族性甲状腺髓样癌(FMTC)。FMTC可以单独发生，也可以与其他肿瘤一起出现。FMTC与其他内分泌腺肿瘤的结合称为多发内分泌肿瘤2型(MEN 2)，有2个亚型，MEN 2a和MEN 2b，均由RET基因突变(缺陷)引起。有一级亲属(父母、兄弟、姐妹或子女)患有甲状腺癌，即使家族中没有已知的遗传综合征，也会增加患甲状腺癌的风险。这些癌症的遗传基础尚不完全清楚。辐射暴露是已证实的甲状腺癌的危险因素。这种辐射的来源包括某些医疗措施和核电站事故或核武器产生的辐射尘。童年接受过头部或颈部放射治疗是甲状腺癌的危险因素。风险取决于辐射剂量和孩子的年龄。一般来说，剂量越大，年龄越小，风险越大。在20世纪60年代以前，孩子们有时会接受低剂量的辐射治疗。几年后，接受这些治疗的人被发现患甲状腺癌的风险更高。儿童时期对淋巴瘤、Wilms肿瘤和神经母细胞瘤等癌症的放疗也会增加风险。像x射线和CT扫描这样的影像学检查也会使儿童暴露在辐射中，但辐射剂量要低得多，所以目前还不清楚这些检查会增加多少患甲状腺癌(或其他癌症)的风险。如果增加的风险可能很小，但为了安全，儿童不应该进行这些测试，除非绝对需要。当需要的时候，他们应该使用最低剂量的辐射。有相关研究已经指出，由于核武器或核电站事故的放射性沉降物，儿童患甲状腺癌的风险增加了。例如，生活在切尔诺贝利附近的儿童甲状腺癌发病率比正常儿童高很多倍。1986年的切尔诺贝利核电站事故使数百万人暴露于放射性物质之下。事故发生后参与清理工作的成年人以及住在核电站附近的人患甲状腺癌的几率也更高。但饮食中碘含量高的儿童患病风险似乎较低。根据国际癌症研究机构(IARC)的研究，超重或肥胖的人比不超重或肥胖的人患甲状腺癌的风险更高。风险似乎随着身体质量指数(BMI)的增加而增加。在世界上人们饮食中碘含量低的地区，发生滤泡性甲状腺癌更为常见。另一方面，高碘饮食可能增加患甲状腺乳头状癌的风险。在美国，大多数人在他们的饮食中得到足够的碘，因为它被添加到食盐和其他食物中。
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