不同病理类型甲状腺癌血液中会有特异性指标或非特异性指标升高。例如甲状腺癌中90%以上是分化型甲状腺癌，分化型甲状腺癌是来源于甲状腺的滤泡上皮细胞，甲状腺滤泡上皮细胞是合成甲状腺激素的重要场所，并且会分泌甲状腺球蛋白。分化型甲状腺癌来源于甲状腺滤泡上皮细胞，可以保留甲状腺滤泡上皮细胞分泌甲状腺球蛋白的功能，因此分化型甲状腺癌患者血液中往往甲状腺球蛋白升高。尤其甲状腺癌患者术后，碘-131治疗后在完全清除甲状腺癌基础上，如果血液中甲状腺球蛋白升高会提示甲状腺癌复发，所以可以作为甲状腺癌术后碘-131治疗疗效的评判指标。
另 外一种较重要的甲状腺癌是甲状腺髓样癌，来源于甲状腺的滤泡旁细胞，可以保留滤泡旁细胞分泌降钙素功能，因此髓样癌患者血液中会有降钙素升高，也可以作为甲状腺髓样癌的早期诊断和鉴别诊断依据，同时可以作为髓样癌术后患者复发和疗效的评估指标。而部分非特异性标志物，例如癌胚抗原CEA在甲状腺癌患者中或甲状腺癌术后复发中可能升高，同样可以作为辅助诊断的肿瘤标志物。