影像学中，彩超是诊断甲状腺癌的第一选择。但是由于彩超也有一定的局限性：（1）如彩超的评估依赖于操作者，（2）不能总是充分成像深层解剖结构和那些被骨或空气声影而影响的结构。（3）超声检查显示肿物较大或广泛淋巴结病变的患者可能累及颈部以外的结构，其中一些在常规术前超声检查中可能难以看到，包括纵隔、锁骨下、咽后和咽旁区。
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1.早期甲状腺癌的彩超和CT，MRI的对比研究
在一项对37名术前接受CT和超声检查并随后接受甲状腺全切除和颈部清扫的连续患者的研究中，CT对检查中央区和颈侧区淋巴结的灵敏度优于超声检查(77%vs62%)。在一系列的例经病理证实的乳头状甲状腺癌患者中，术前行CT和彩超检查，彩超在预测甲状腺外肿瘤扩展和多灶性双叶病变方面比CT更准确。彩超的分期准确性总体上优于CT，彩超在预测颈侧区转移的敏感性高于CT。然而，另一项研究表明，术前彩超和CT联合在淋巴结转移的术前发现上优于单独彩超，特别是在中央区探测方面。
核磁共振（MRI）和PET检测颈部淋巴结转移的敏感性较低(30%-40%)。PET并不能完全区分出炎症淋巴结和转移性，这降低了该检测在许多甲状腺癌患者中的特异性。MRI虽然可用于颈部淋巴结转移的检测，但是MRI可以受呼吸伪影影响。
2.晚期甲状腺癌的影像学选择
据报道，在确诊时有10%-15%的患者发生浸润性甲状腺癌。对于这组患者，CT，MRI也可以作为术前规划的有用补充，以准确描述喉部、气管、食道或血管受累的程度。气管和或食管的内镜检查，寻找腔内延伸的证据，也有助于疑似消化道，呼吸道侵犯的病例。
晚期局部侵袭性原发肿瘤可能与特征性症状和体征相关，包括进行性吞咽困难、呼吸障碍、咯血、肿瘤迅速增大、明显的声音改变或声带麻痹，以及肿块固定于气道或颈部结构。原发肿瘤的某些超声特征，包括甲状腺外延伸，特别是后向延伸和纵隔延伸。胸部CT在确定病灶下缘和确定纵隔结构累及的程度时非常有用。CT检查结果可能会改变治疗方式，提示需要胸骨切开术和/或气管或喉部切除/重建，这可能需要额外的资源和人员为手术做准备。因此颈部CT在描述具有侵袭性局部浸润的肿瘤累及喉部、气管和/或食道的程度时是有用的，同时也有助于描述肿大的淋巴结以及可能存在明显的淋巴结外延伸，累及肌肉和/或血管。术前了解原发肿瘤或转移的这些特征可显著影响手术计划。FDG-PET扫描对某些患者的颈部或纵隔受累可能是敏感的，也可能显示远处转移，如骨转移和肺转移。