放射性甲状腺炎常发生于头颈部肿瘤放射治疗或应用较大剂量的同位素碘之后。早期甲状腺可有水肿，少量炎细胞浸润，继之细胞崩溃，滤泡上皮呈无一定结构的细胞巢，类胶质溢出细胞外。滤泡上皮发生嗜酸性变，泡浆丰富并出现嗜酸性颗粒。细胞大小、排列、染色均不一致，核大小不一，常有核肥大、深染和异形。应与癌细胞鉴别。一些滤泡小，呈不含类胶质的小滤泡。少数病例有甲状腺结节或腺瘤形成。间质内小血管扩张，血管壁增厚，部分有纤维素样坏死或血栓形成。间质常有纤维组织增生，尤以滤泡间和小叶间最为明显。纤维组织增生随病程延长逐渐加剧，最终使甲状腺体积缩小，留下小而不规则缺乏类胶质的滤泡残存于大片纤维组织中，成为放射后纤维化。