Le traitement du cancer de la thyroïde se déroule en plusieurs étapes successives :

• La chirurgie : le chirurgien enlève la glande entière (thyroïdectomie totale). L'ablation de tout le tissu thyroïdien est la seule solution pour minimiser le risque de rechute. L'incision est faite à la base du cou, horizontalement. Dans le cas du cancer papillaire, une dissection des ganglions lymphatiques (qui se trouvent autour de la thyroïde est effectuée en même temps)
• L'administration postopératoire d'iode 131 : elle permet de détruire le tissu thyroïdien qui pourrait subsister après l'opération, c'est-à-dire de détruire les cellules cancéreuses restantes qui pourraient se trouver dans le cou ou dans d'autres parties du corps. Une scintigraphie du corps entier (3 à 5 jours plus tard) est effectuée pour vérifier la présence de métastases à distance.
•  L'administration quotidienne de thyroxine (T4) : il s'agit d'une hormone thyroïdienne synthétique. Elle est nécessaire pour le corps, car en l'absence de thyroïde, l'organisme n'est plus approvisionné en hormones thyroïdiennes : thyroxine (T4) et tri-iodothyronine (T3). Il est généralement suffisant de prendre la T4 car elle est convertie par l'organisme en T3.