La mayoría de los cánceres son tratados con la extirpación de la glándula tiroides (una tiroidectomía), aunque los tumores pequeños que no se han propagado fuera de la glándula tiroides podrían ser tratados al remover solo el lado de la tiroides que contiene el tumor (lobectomía). Si los ganglios linfáticos están agrandados o muestran signos de propagación del cáncer, también serán extirpados. Además, estudios recientes han sugerido que pacientes con carcinoma micropapilar (cáncer de tiroides muy pequeño) pueden optar con seguridad por la observación minuciosa con ecografías continuas en lugar de una cirugía inmediata.

Incluso si los ganglios linfáticos no están agrandados, algunos médicos recomiendan la disección del compartimiento central del cuello (extirpación quirúrgica de los ganglios linfáticos próximos a la glándula tiroides) junto con la extirpación de la tiroides. Aunque no se ha demostrado que esta operación mejore la supervivencia del cáncer, podría disminuir el riesgo de que el cáncer regrese en el área del cuello. Ya que la extirpación de los ganglios linfáticos permite que éstos sean examinados con un microscopio para determinar la presencia de cáncer, esta cirugía también hace más fácil precisar la etapa del cáncer. Si el cáncer se ha propagado a otros ganglios linfáticos del cuello, a menudo se hace una disección cervical radical modificada (una cirugía más extensa para extirpar los ganglios linfáticos del cuello).

El tratamiento después de la cirugía depende de la etapa del cáncer. El tratamiento con yodo radiactivo se usa algunas veces después de la tiroidectomía para cánceres en etapa inicial (T1 o T2, N0, M0), aunque la tasa de curación con cirugía sola es excelente. Si el cáncer regresa, se puede seguir ofreciendo el tratamiento con yodo radiactivo.