碘-131治療甲狀腺癌的效果，應根據甲狀腺癌的組織學分類而定。甲狀腺的組織學分類，包括甲狀腺乳頭狀癌、甲狀腺濾泡癌、甲狀腺未分化癌和甲狀腺髓樣癌。乳頭狀癌和濾泡狀癌稱為分化型甲狀腺癌，這兩種癌癥占到甲狀腺癌的90%以上，只有分化型的甲狀腺癌才能攝取碘-131，對腫瘤起到殺滅的作用，其它分型的甲狀腺癌用碘-131治療沒有效果。 分化型的甲狀腺癌的治療方法也是以手術治療為主，輔以碘-131治療和甲狀腺激素抑制治療。碘-131用來清除分化型甲狀腺癌手術后的殘留甲狀腺組織，也能消除隱匿在殘留甲狀腺組織中的微小病灶，降低分化型甲狀腺癌的復發率和發生轉移的可能性。殘留的甲狀腺組織完全清除之后，碘-131還可以對分化型甲狀腺癌的轉移灶進行治療。規范的治療，分化型甲狀腺癌五年的生存率可達到95%以上。總的來說，用碘-131治療甲狀腺癌主要是分化型甲狀腺癌，效果非常好。