碘-131治疗甲状腺癌的效果，应根据甲状腺癌的组织学分类而定。甲状腺的组织学分类，包括甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡癌、甲状腺未分化癌和甲状腺髓样癌。乳头状癌和滤泡状癌称为分化型甲状腺癌，这两种癌症占到甲状腺癌的90%以上，只有分化型的甲状腺癌才能摄取碘-131，对肿瘤起到杀灭的作用，其它分型的甲状腺癌用碘-131治疗没有效果。

分化型的甲状腺癌的治疗方法也是以手术治疗为主，辅以碘-131治疗和甲状腺激素抑制治疗。碘-131用来清除分化型甲状腺癌手术后的残留甲状腺组织，也能消除隐匿在残留甲状腺组织中的微小病灶，降低分化型甲状腺癌的复发率和发生转移的可能性。残留的甲状腺组织完全清除之后，碘-131还可以对分化型甲状腺癌的转移灶进行治疗。规范的治疗，分化型甲状腺癌五年的生存率可达到95%以上。总的来说，用碘-131治疗甲状腺癌主要是分化型甲状腺癌，效果非常好。