分化型甲狀腺癌的病因比較復雜，所有腫瘤的發生都是因為基因發生變化，造成了正常的甲狀腺細胞，在某些外界因素的刺激下發生基因DNA損傷，這種損傷沒有修復，逐漸會出現生長失去控制發生癌變，但是絕大多數是被體內免疫系統所識別，因為人在不停的產生突變細胞，而這些細胞絕大多數都被免疫系統所識別，最后被消滅掉。至于甲狀腺癌的具體發病機制還不是很清楚，雖然和大量的碘有關系，但是文獻上互相矛盾，因為日本人大量用碘，但是沒有報道日本的甲狀腺癌發病率非常高。再有在兒童期接觸了大量的放射線照射，例如長崎和廣島接受了極大劑量的放射線照射，包括兒童期兒科病人接受放療，也可以誘發甲狀腺癌。但是有一點需要強調的，對于成人來說，醫用X線平片、CT，沒有報道會導致增加甲狀腺癌的發病率，對于幼兒，需要對甲狀腺進行保護，在做CT或者做X線的時候。