Ščitnica je del endokrinega sistema, njena funkcija pa je proizvajati hormone, ki pomagajo uravnavati presnovo v telesu. V ščitnici zdrave celice normalno rastejo, se delijo in nato prenehajo sistematično deliti. Rak ščitnice se začne, ko celice izgubijo sposobnost prenehanja razmnoževanja in nato umrejo, kot bi običajno, namesto tega pa se še naprej delijo in razmnožujejo, ko niso več potrebne, ter sčasoma tvorijo tumor. V začetku leta 2011 medicinski raziskovalci niso ugotovili natančnih vzrokov za raka ščitnice. Priznano je, da imajo geni osrednjo vlogo kot eden od vzrokov za nastanek raka ščitnice, vendar je bilo ugotovljeno, da so neodvisni dejavniki tveganja, kot so sevanje, starost in spol, povezani tudi z razvojem raka ščitnice, zato je relativni pomen genov v primerjavi s tveganjem dejavniki kot vzroki za nastanek raka ščitnice znanstvenikom ostajajo nejasni.
Obstajajo štiri glavne vrste raka ščitnice: papilarni, folikularni, anaplastični in medularni. Papilarni in folikularni sta daleč najpogostejši tipi raka ščitnice. V primeru teh oblik so medicinski raziskovalci uspeli ugotoviti, da so genske mutacije prisotne v pomembnem odstotku teh rakov. Tako za anaplastično kot medularno obliko raka ščitnice je bila ugotovljena tudi genetska povezava, vendar v manjšem odstotku.
Poleg genetike so medicinski raziskovalci odkrili več neodvisnih dejavnikov tveganja kot vzroke za nastanek raka ščitnice. Najpogostejši dejavniki tveganja med vzroki za raka ščitnice so izpostavljenost sevanju, družinska anamneza in pomanjkanje joda. Znani dejavniki tveganja so tudi spol, starost in rasa.
Izpostavljenost visokim ravnem sevanja je dokazan dejavnik tveganja za raka ščitnice. Obsevanje glave in vratu zaradi zdravstvenih razlogov je eden od virov posameznikov, ki prejmejo visoke odmerke sevanja. Druga stvar je posledica testiranja in uporabe jedrskega orožja. Nenazadnje lahko tudi nesreče v jedrskih elektrarnah povzročijo izpostavljenost sevanju. Izpostavljenost sevanju v otroštvu pomeni večje tveganje kot izpostavljenost v odrasli dobi.
Družinska anamneza golše, ki je benigno povečanje ščitnice, je dejavnik tveganja za raka ščitnice. Nekatera dedna stanja, kot je Cowdenova bolezen, prav tako povečajo tveganje. Nekatere oblike raka ščitnice se pojavljajo v družinah zaradi okvarjenih genov, ki so podedovani. Prehrana s prenizko vsebnostjo joda je dejavnik tveganja za papilarni in folikularni rak ščitnice. Nazadnje je pri ženskah večja verjetnost, da zbolijo za rakom ščitnice, prav tako pri ljudeh, starejših od 40 let, in v Združenih državah Amerike pri tistih, ki so belci.