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甲状腺的血液供应非常丰富，血流量为4～6mL/（min·g），超过了肾脏的血流量[3mL/（min·g）]，在Graves病引起的弥漫性毒性甲状腺肿，血流量可超过1L/min并伴有血管杂音，严重时还可触及血管震颤。
甲状腺的血液供应由2对动脉构成，源于颈外动脉的甲状腺上动脉，源于锁骨下动脉的甲状腺下动脉。甲状腺上动脉起自颈外动脉起始部前壁，至甲状腺上端附近，分为前、后两支。前支沿甲状腺侧叶前缘下行，分布于侧叶前面；后支沿侧叶后缘下行，与喉上神经外支接近。甲状腺上动脉发出喉上动脉，伴喉上神经内支穿甲状舌骨膜入喉。甲状腺下动脉是锁骨下动脉甲状颈干的分支，沿前斜角肌内侧缘上升，至第6颈椎平面，在颈动脉鞘与椎血管之间弯向内侧，近甲状腺侧叶下极潜入甲状腺侧叶的后面，发出上、下两支，分别与甲状腺上动脉吻合，分布于甲状腺、甲状旁腺、气管和食管等处。甲状腺上、下动脉分支之间与咽喉部、气管、食管动脉之间都有广泛的吻合沟通。甲状腺最下动脉较小，出现率约10%，主要起自头臂干或主动脉弓，沿气管颈部前方上行，至甲状腺峡部，参与甲状腺动脉之间的吻合，当低位气管切开或甲状腺手术时应加注意。
此外，喉动脉、气管动脉及食管动脉也有小分支抵达甲状腺 [3] 。动脉间相互吻合，在腺体表面形成小动脉网络，小动脉在甲状腺表面分叉，进入腺体深部。毛细血管在滤泡周围形成毛细血管床，形成篮子样网格包绕每个滤泡。与其他内分泌腺体一样，毛细血管内皮细胞是有孔的。每个孔直径约50nm。促甲状腺激素（TSH）的刺激增加了网格的数量和密度。
甲状腺的静脉引流始自滤泡周围静脉丛，汇合成了3组静脉丛，上、中、下甲状腺静脉（图2-1）。甲状腺上静脉与同名动脉伴行，注入颈内静脉。甲状腺中静脉起自甲状腺侧缘中部，短而粗、管壁较薄，经过颈总动脉的前方，直接注入颈内静脉。此静脉有时缺如。甲状腺下静脉起自甲状腺的下缘，经气管前面下行，主要汇入头臂静脉。两侧甲状腺下静脉在气管颈部前方常吻合形成甲状腺奇静脉丛。做低位气管切开时，应注意止血 [3] 。