معمولا سرطان تیروئید با پاره‌ای از شرایط وراثتی مرتبط است، اما علت دقیق سرطانهای تیروئید شناخته نشده است.
تغییرات خاص در DNA افراد می‌تواند باعث سرطانی شدن سلول‌های تیروئید شود.
DNA مواد شیمیایی موجود در هر یك از سلول‌های ماست كه ژنهای ما را می‌سازد- دستورالعمل چگونگی عملكرد سلولها. اگرچه بیشتر سرطانها به واسطه تغییرات ژنی وراثتی ایجاد نمی‌شوند. در این موارد، ژن در طول زندگی یك فرد تغییر می‌كند. این تغییر ممكن است زمانی رخ دهد كه DNA یك سلول توسط یك عامل محیطی، مانند اشعه های رادیواكتیو، آسیب می‌بیند، و یا ممكن است بدون یك علت خارجی و ناشی از رویدادهای تصادفی باشدكه گاهی در داخل یك سلول اتفاق می‌افتد.بنابر دلایل نامشخص، سرطان تیروئید (مانند تقریباً تمام بیماریهای تیروئید) در زنان حدود 3 برابر بیشتر نسبت به مردان رخ می‌دهد. سرطان تیروئید می‌تواند در هر سنی فرد را مبتلا سازد، اما در زنان (اغلب در دهه‌های 40 و 50 زندگی) زودتر از مردان (معمولاً در دهه های 60 و 70 زندگی) به اوج خطر خود می‌رسد.قرار گرفتن در معرض اشعه رادیواكتیو یك عامل خطر ثابت شده برای سرطان تیروئید است. منابع چنین اشعه‌هایی شامل درمانهای پزشكی خاص و اشعه‌های ناشی از حوادث نیروگاه و یا سلاح های هسته ای است. سابقه درمان سر یا گردن با اشعه‌های رادیواكتیو در دوران كودكی یك عامل خطر برای سرطان تیروئید است.