甲状腺乳头状癌复发，仍应再次积极手术治疗，术后可以进行碘-131同位素治疗。如果无法手术，考虑进行放射治疗、内分泌治疗、TSH抑制治疗、抗雌激素的治疗、分子靶向治疗，药物有索拉非尼、阿西替尼、莫替沙尼和舒尼替尼等。甲状腺髓样癌对放射性碘-131同位素和内分泌治疗无效，手术是目前唯一的治疗方法。对复发或者远处转移的甲状腺髓样癌患者，目前缺乏有效治疗手段。临床试验显示，凡德他尼治疗晚期甲状腺髓样癌的复发疗效比较显著。
但甲状腺未分化癌的治疗效果较差，临床也在探索，目前尝试用抗血管生成化合物吉非替尼联合多西他赛，这些药物治疗未分化癌。极少采用介入治疗，主要用于无法手术切除或术后复发无法再次手术切除并用其他治疗方法无效的患者，包括经颈动脉插管化疗或栓塞，影像设备引导下肿瘤内碘-125粒子植入术等。
