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针对甲状腺癌的不同组织分型及临床分期，往往会采用不同的治疗方法。其中，根治性手术是绝大多数甲状腺癌最核心的治疗手段，对绝大多数病人来说也是唯一根治手段，其他方法包括放射性碘治疗、放疗、内分泌治疗、化疗、靶向治疗及中医治疗等。总体而言，甲状腺癌的治疗正向个体化方向不断发展，根据病人的不同病情与诉求，临床诊治需要有一定的灵活性。
甲状腺乳头状癌、滤泡状癌和髓样癌的治疗以外科手术为主。乳头状癌、滤泡状癌术后常辅以内分泌及放射碘治疗，髓样癌则可能需要辅助进行放疗及靶向治疗。未分化癌病人中，仅少数人有手术机会，部分病人进行放、化疗可能有效，但总体预后差、生存期短。
中高危甲状腺乳头状癌、滤泡状癌病人术后应进行放射碘治疗，主要目的是清除术后残余甲状腺组织（清甲）、破坏可能存在的转移或残留病灶（辅助）、清除手术无法彻底切除的残留癌灶及复发转移癌灶（清灶），从而达到降低局部复发率、提高总生存期的治疗目标。
甲状腺癌对放疗的敏感性差，原则上应当配合手术进行。放疗主要应用于手术难以切净或复发的甲状腺乳头状癌、滤泡状癌和髓样癌病人，未分化癌病人的综合治疗，以及远处转移病人的姑息治疗。
甲状腺乳头状癌、滤泡状癌病人术后的内分泌治疗主要指促甲状腺激素抑制治疗。垂体分泌的促甲状腺激素可以促进甲状腺细胞的生长，术后抑制促甲状腺激素水平，可有效抑制残存癌细胞的生长，防止肿瘤进展、复发和转移。
化疗为甲状腺癌的传统内科治疗手段，而靶向、免疫治疗等手段则是近年来发展出的新技术。对于甲状腺乳头状癌、滤泡状癌和髓样癌，传统化疗效果差，靶向治疗（可联合免疫治疗）有一定疗效；对于未分化癌，靶向治疗（可联合免疫治疗）则是主要内科治疗方法。
中医药在甲状腺癌的治疗方面主要起到减轻其他治疗副作用、增强体质、改善食欲、抑制肿瘤发展、控制病情等辅助及支持作用，适用于围手术期、放化疗或靶向治疗期间、治疗后恢复期及晚期病人。