Диагностика фолликулярного рака щитовидной железы начинается с краткого физикального обследования и сбора анамнеза, при помощи ультразвуковых серологических тестов. Состояние узла на УЗИ определит, является ли он доброкачественным или злокачественным. Например, узелок с кальцифицированными очагами, нечеткими краями и соотношением сторон более 1, со значительным кровотоком, будет весьма подозрительным на рак щитовидной железы. Бывают также случаи, когда поражение растет относительно быстро. Для пациентов с подозрением на рак щитовидной железы обычно рекомендуется цитологическая пункция. Цитологическая пункция перед операцией должна выявлять его в 95% случаев. Наиболее надежным способом выявления рака щитовидной железы является быстрая интраоперационная биопсия щитовидной железы. Наиболее точным является обычное патологическое исследование после операции, которое также может быть диагностировано у этой группы пациентов.