甲状腺癌发生的真正原因尚不清楚，大部分认为与以下因素有关:
1.放射性物质影响
许多临床资料证实甲状腺癌的发生与接受放射性物质有关，近来认为甲状腺癌与HLA-DR7（人类白细胞抗原-DR7）有关。
放射损害，已经证明头颈部外放射是甲状腺的重要致癌因素，特别是小儿。国外有人收集到602例15岁以下小儿甲状腺癌，其中有放射史者286例，占47.68%，80%是在婴幼儿时期曾接受头颈部放射治疗，成人颈部放射治疗后发生甲状腺癌的机会并不多。
2.长期过量的促甲状腺激素（TSH）刺激
过量的TSH长期刺激可使敏感的甲状腺上皮发生癌变，使肿瘤发展，即使非常低量的131I（1～5μCi）或X线1～5Gy（100～500rad），通过TSH升高也可导致癌的发生，临床上也见到先天性甲低及结节性甲低没有及时治疗，最终导致甲状腺癌。
内分泌紊乱，甲状腺乳头状腺癌和TSH关系密切，有人认为TSH长期刺激，能促使甲状腺增生，形成结节，可致癌变。
3.遗传因素
甲状腺癌的发生可能与遗传因素有关，此现象在甲状腺髓样癌患者较为突出，5%～10%的髓样癌患者具有阳性家族史。
4.碘的摄入异常
碘是人体的必需元素，但在碘不足或过量时，都会使甲状腺的形态结构和功能发生改变，有文献表明，在地方甲状腺肿流行区，甲状腺癌的发病率高。