심부온도 최적화의 마지막 단계로 혈관생성, 조직확대, 전이 등이 이루어지는 단계로 갑상선이의 결절이 고형화되며 초음파상 내부 에코를 볼 수 있다.

유두암(papillary carcinoma)은 일반적으로 주위 조직과는 확실히 구분되는 단일 결절로서 견고하고 스캔상 냉 결절, 초음파상 고형 결절로 나타난다. 초음파상 분명한 내부 에코를 볼 수 있어 낭종과는 쉽게 구별된다.

여포암(follicular carcinoma)은 작은 여포 구조를 가지고 있으며 혈관 침윤이나 피막 침윤을 제외하고는 여포선종과 구별이 어렵다. 여포암은 유두암보다는 약간 더 공격적이어서 국소 림프절을 통하여 또는 혈관을 통하여 국소 혹은 폐와 골로 원격 전이를 잘한다.

수질암(medullary carcinoma)은 최종새체(ultimobranchial body)에서 유래한 C세포가 증식된 암으로 칼시토닌, 히스타미나제(histaminase), 세로토닌 및 기타 펩티드를 분비하는데 세포군 사이에 아밀로이드가 침착되는 것이 특징이다.

미분화암(undifferentiated carcinoma)에는 방추세포(spindle cell), 거대세포(giant cell), 소세포(small cell)형 등이 있다. 대부분 60세 이상의 고령층에서 발생하며 과거 수 년 혹은 수 십년간 갑상선종을 갖고 있던 사람에서 수 주 또는 수 개월 사이에 갑자기 갑상선종이 커지면서 연하 장애 및 성대 마비 등의 압박증상으로 발현된다. 성장속도가 매우 빨라 거의 모든 환자가 수 개월내지 3년내에 사망한다.

림프종(lymphoma)은 전신 림프종의 한 부분으로 또는 갑상선 자체에서 일차성으로 발생한다. 갑상선 림프종 환자의 80% 정도는 만성 림프구성 갑상선염(하시모토 갑상선염)을 수반하고 있어 하시모토 갑상선염에서 전환된다고 생각하고 있다.

전이암은 갑상선에 전이되는 암(metastatic cancer)으로는 유방암, 신장암, 폐암 및 흑색종이 있다. 예후는 원발성 암의 종류에 따른다.