异常的甲狀腺腫大包括癌腫、腺瘤、甲狀腺結節腫、甲狀腺功能亢進、亞急性和淋巴濾泡性甲狀腺炎等。有時幾種疾病混雜在一起。臨床上對典型的甲狀腺腫瘤良、惡性容易鑒別，但腺內型的甲狀腺癌特別像分化好的濾泡狀癌，和腺瘤十分相似，單靠臨床鑒別顯然有困難，還需作其他輔助檢查。少數甲狀腺結節腫、亞急性甲狀腺炎、淋巴濾泡性甲狀腺炎、Riedel甲狀腺炎與甲狀腺癌也頗難區別。由於治療方法不同，所以必須仔細詢問病史和體格檢查，要抓住其中要點，再結合相關的檢查，綜合分析，以得出較為可靠的臨床診斷。
（1）病史和局部體檢
异常的甲狀腺腫大或結節首先要和腫瘤作鑒別，病史和體檢對鑒別診斷常有很大幫助。體檢發現甲狀腺彌漫性腫大或具輕度結節腫，如再作131I掃描和吸碘率試驗，一般就可確診。如先有上呼吸道感染史，再作血沉、蛋白電泳、131I等檢查以確診，這裡須強調檢查要及時，否則就失去診斷價值。如中年婦女甲狀腺結節樣腫大，伴有輕度甲狀腺功能亢進或减退的症狀，部分患者伴有神經官能症；甲狀腺明顯腫大，兩葉可以不對稱，腺體表面呈多個半球形突起，有時錐狀葉也腫大；整個甲狀腺的外形酷似舊式的筆架，邊界清楚，輪廓分明；其質地實而富有彈性；頸淋巴結不腫大，要考慮為淋巴濾泡性甲狀腺炎（又稱Hashimoto甲狀腺炎），可作TGA、MCA、T3、T4、TSH等放射免疫測定；必要時用細針穿刺作細胞學檢查，以求確診。如果患者有多年的甲狀腺結節腫史，病程慢，症狀不明顯，頸淋巴結不大，且患者來自甲狀腺腫流行區，有關的檢查也在正常範圍內，則患甲狀腺結節的可能性較大。如果部分結節在短期內迅速增大，則要考慮可能為惡變。如是老年婦女，甲狀腺雖不大，但質地很硬，邊界不清，與氣管緊密固定，有時甚至有呼吸壓迫症狀，要考慮為木性甲狀腺腫（Reidel甲狀腺炎）。但要排除癌腫，手術探查還是有價值的。術中確診非癌腫後即不必作甲狀腺全切除，可切除甲狀腺峽部，以解除呼吸壓迫症狀。
在初步排除非腫瘤的甲狀腺疾患後，應確定腫瘤的良惡性。一般說年齡是一個重要的參攷因素，年幼的比成年人的甲狀腺孤立結節惡性比例要大，15歲以下患者的甲狀腺單個結節中10%~50%是惡性，但都是分化好的甲狀腺癌。中老年人的甲狀腺癌發病率也很高，特別是未分化癌大多在60歲以上。性別與各種病理類型甲狀腺癌的關係也很密切，其中乳頭狀腺癌特別好發於青年女性。
（2）放射性核素檢查
放射性核素檢查可以明確甲狀腺的形態和位置以及甲狀腺和甲狀腺腫塊的功能，所以該項檢查已成為診斷甲狀腺疾病的常規手段。根據甲狀腺結節的吸131I或99mTc的功能一般可將其分為4類：①熱結節。②溫結節。③凉結節。④冷結節。
一般單個冷結節為惡性腫瘤的可能性較大，根據中國科學院腫瘤防治所的資料，冷結節中癌腫發現率為54.5%。當然冷結節也不一定都是癌，其他良性疾患也可出現此圖像，還應結合病史、體檢和其他有關檢查，綜合分析才能作出臨床診斷。
（3）X線檢查
巨大的甲狀腺腫瘤或較晚期的甲狀腺癌以及臨床懷疑有縱隔甲狀腺腫時，都須作頸部氣管正側比特攝片檢查，以便瞭解腫瘤的範圍、不同的鈣化影象以及與氣管、食管的關係。X線還有一個重要的目的就是觀察氣管與甲狀腺的關係，巨大的甲狀腺良性腫瘤或結節腫常使氣管移位，但一般不會引起氣管狹窄，不過也有例外。
（4）超聲波檢查
超聲波檢查不但可探測甲狀腺腫塊的形態、大小和數目，更重要的是可確定其為囊性還是實質。有時甲狀腺囊腫，由於其體積小、囊壁薄以及復發性小結節，臨床體檢容易漏診，但B超檢查往往能發現，對指導手術治療有一定價值。少數甲狀腺癌已有頸部廣泛浸潤和轉移，但臨床上不易確定頸動脈侵累的程度，B超檢查可以顯示血管受壓或被癌腫包圍情况，還可進一步測定血流的通暢度。這些動態的觀察是其他檢查方法無法取代的。此外對甲狀腺小結節的細針穿刺可以用超聲波導向。當然超聲檢查也有不足之處，小於1cm的病灶常不易探及，圖像的清晰度比不上CT，對病灶的定性還有困難。但此檢查仍可作為綜合診斷的一個重要組成部分。
（5）細針吸取細胞學檢查
現時國內外普遍接受的一種診斷方法是針吸活檢細胞學檢查（aspiration biopsy cytology，ABC），它克服了傳統的針吸活檢的缺點，且操作更為簡單，不須局麻。兒童也可接受檢查，除組織內有微量出血外無癌細胞播散及種植的危險。但是傳統的針吸活檢也不能完全放弃，對頸部可疑的轉移灶，特別是囊性灶用粗針吸取活檢可迅速取得病理診斷，不失為一種簡便易行的診斷方法。
（6）實驗室檢查
對彌漫性甲狀腺腫大重點要查清有無功能异常，對結節性甲狀腺腫大要鑒別結節的性質。
對彌漫性甲狀腺腫除了常規作核素檢查外，有時還須作放射免疫測定如T3、T4、TSH等的測定，以確定有無甲狀腺功能亢進。疑為淋巴濾泡甲狀腺炎時作甲狀腺抗體的檢測，有相當高的診斷價值；常用的有甲狀腺球蛋白抗體（TGA）和微粒子抗體（MCA）檢測。對於甲狀腺全切除後長期用甲狀腺片替代治療的患者，最好定期測定T3、T4、TSH和TG。臨床疑為髓樣癌的患者要測定血漿降鈣素（calcitonin）的水准。