不同病理類型甲狀腺癌血液中會有特異性指標或非特異性指標升高。例如甲狀腺癌中90%以上是分化型甲狀腺癌，分化型甲狀腺癌是來源于甲狀腺的濾泡上皮細胞，甲狀腺濾泡上皮細胞是合成甲狀腺激素的重要場所，并且會分泌甲狀腺球蛋白。分化型甲狀腺癌來源于甲狀腺濾泡上皮細胞，可以保留甲狀腺濾泡上皮細胞分泌甲狀腺球蛋白的功能，因此分化型甲狀腺癌患者血液中往往甲狀腺球蛋白升高。尤其甲狀腺癌患者術后，碘-131治療后在完全清除甲狀腺癌基礎上，如果血液中甲狀腺球蛋白升高會提示甲狀腺癌復發，所以可以作為甲狀腺癌術后碘-131治療療效的評判指標。 另外一種較重要的甲狀腺癌是甲狀腺髓樣癌，來源于甲狀腺的濾泡旁細胞，可以保留濾泡旁細胞分泌降鈣素功能，因此髓樣癌患者血液中會有降鈣素升高，也可以作為甲狀腺髓樣癌的早期診斷和鑒別診斷依據，同時可以作為髓樣癌術后患者復發和療效的評估指標。而部分非特異性標志物，例如癌胚抗原CEA在甲狀腺癌患者中或甲狀腺癌術后復發中可能升高，同樣可以作為輔助診斷的腫瘤標志物。