Tiroid kanseri tedavisinin en etkili yöntemi cerrahidir. Bazı merkezlerde tiroid kanserinde tiroid bezinin sadece bir kısmının çıkarılmasının yeterli olabileceği düşünülse de, en güvenilir yöntem tiroid bezinin tamamen çıkartılmasıdır.
Bu yöntem nüks olasılığını azaltmakta ve ameliyattan sonra yapılacak radyoaktif iyot tedavisi gibi cerrahi olmayan tedavi yöntemlerinin etkinliğini de en üst düzeye çıkartmaktadır. Tiroid cerrahisinde görülebilen ses kısıklığı, kalsiyum düşüklüğü gibi komplikasyonlar, ameliyat deneyimli bir ekip tarafından gerçekleştirildiğinde en aza inmektedir.
Cerrahi esnasındaki bulgulara, kanserin patolojik verilerine ve total tiroidektomi sonrası yapılan tüm vücut taramaları sonucuna dayanılarak ameliyattan sonra hastalara radyoaktif iyot tedavisi uygulanabilir.
Tiroid kanserinin birincil tedavisi, ameliyatla tiroid bezinin tamamının veya etkilenen yarısının çıkarılmasıdır. Boyundaki lenf bezlerine hastalık yayılımı varsa bunların da cerrahi yolla çıkarılması gerekir. Ameliyat sonrasında, bazı tiroid kanseri türlerinde radyoaktif iyot tedavisi (atom tedavisi) adı verilen ek bir tedaviye gerek duyulur. Bu tedaviye gereksinim kararı, patoloji sonucu ve hastalığın tekrarlama riskine göre takip eden hekim tarafından verilir.
Genellikle, tedaviden belli bir süre önce tiroid ilacını kesip özel bir diyet yapmak gerekmektedir. Tedavi, etrafa radyasyon yayma olasılığı nedeni ile radyasyonu geçirmeyen bir ortamda verilir ve tedaviden sonra çevresindekilerin etkilenmesini önlemek amacıyla bir süre radyasyon tedbirleri alması gerekir. Tiroid ameliyatından sonra ömür boyu, hem vücudun tiroid hormonu ihtiyacını karşılamak hem de hastalığın tekrar etmesini önlemek amacıyla ağızdan tiroid hormonu tedavisi verilmektedir. Bunların dışında, tiroid kanseri izleminde radyoterapi ve kemoterapi gibi başka tedavilere çok nadir ihtiyaç duyulmaktadır.