放射治療是甲狀腺癌的一種重要的輔助治療手段。分外放射和內放射，各有其治療的指證，要根據病理類型和手術情況選擇應用。
1.外放射
各種類型的甲狀腺癌對放射線的敏感性差異很大，幾乎與甲狀腺癌的分化程度成反比，分化越好敏感性越差，分化越差敏感性越高。所以甲狀腺未分化癌放療效果最好。因此未分化癌的治療主要是放射治療，而手術僅為輔助治療措施，偶爾有少數早期病例可以接受手術治療，但為了提高療效減少復發的機會，術后還應常規用術前放療然后再手術。未分化癌的放射治療短期效果是十分滿意的，原發灶明顯縮小，使壓迫解除，疼痛消失，不過緩解期較短，為3-6個月，最后仍可能死于遠處轉移。放療雖然不能挽救其生命，但能解除痙攣，改善生存質量，仍不失為一種良好的姑息性治療手段。分化性腺癌對放射線不敏感，所以一般不以放療作為手術前、后的輔助治療措施。但如果手術時有小區域癌細胞殘留，術后局部補充放療，效果仍然是很好的。濾泡狀癌對放射線也不敏感，但對骨轉移灶進行放療有明顯的止痛效果。
2.內放射
很多分化性甲狀腺癌具有吸碘功能，放射性高度濃集于腫瘤組織中，可起內放射作用，而對周圍組織放射損害很小，很多文獻都把乳頭狀癌和濾泡癌放在一起考慮，特別是兩者的轉移灶都可能吸取131I,從理論上講濾泡狀癌更有吸碘功能.總之,對那些復發或遠處轉移而又不能手術切除的病灶,只要腫瘤內含有功能性的濾泡能顯示出吸碘功能,就可以用放射性碘治療,近年來有人把131I治療用為對分化性甲狀腺癌的一種常規輔助治療措施,從而提高了療效.