Die Ursachen für das Entstehen von Schilddrüsenkrebs sind noch nicht genau geklärt. Sicher scheint jedoch, dass bei Strahlenbelastungen, speziell in der Kindheit, vermehrtem Vorkommen von Schilddrüsenkrebs in der Familie sowie chronischer Schilddrüsenentzündung ein erhöhtes Risiko besteht. In der Literatur wird bisweilen auch Jodmangel als Ursache für die Entstehung des Schilddrüsenkarzinoms diskutiert.
Patienten, die unter einem Schilddrüsenkropf leiden, der aufgrund von Jodmangel entstanden ist, sind mehr gefährdet, Schilddrüsenkrebs zu entwickeln. Insbesondere eine länger andauernde Struma (Kropf) in der Schilddrüse kann sich zu einem Knoten verändern. Daraus kann unter Umständen im Laufe von Jahren Schilddrüsenkrebs entstehen.
Ein Risikofaktor für die Entstehung von Schilddrüsenkrebs sind Röntgenbestrahlungen im Kopf- und Halsbereich, insbesondere wenn diese im Kindes- und Jugendalter durchgeführt wurden. Solche Bestrahlungen waren in den vierziger und fünfziger Jahren in Skandinavien und den USA zur Behandlung von Rachenmandelentzündungen und Akne verbreitet, in Deutschland sind sie jedoch nur selten angewandt worden.
Auch Menschen, die einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt waren, z. B. infolge einer Reaktorkatastrophe, haben ein erhöhtes Risiko, an Schilddrüsenkrebs zu erkranken. Dabei steigt das Krebsrisiko mit der Strahlendosis, der ein Betroffener ausgesetzt war. Auch hier sind Kinder und Jugendliche besonders gefährdet.
Patienten, die aus therapeutischen Gründen radioaktives Jod erhalten haben, z. B. zur Behandlung einer Schilddrüsenüberfunktion, tragen hingegen kein erhöhtes Risiko.