钙化的发生机制现如今仍有争议。过去认为是由于乳头状结构的基底层增厚，继发血管内血栓形成、钙化和肿瘤细胞坏死，或是由于淋巴管内肿瘤栓子发生坏死和钙化等因素所致，从而出现超声检查上所显示的粗钙化或周边钙化。然而这些理论无法解释钙化在非乳头状肿瘤中是如何形成的(如脑膜瘤)，也不能解释胞质内砂粒体的成因。因此，其他理论认为间质结构玻璃样变性继而发生钙化，或类似于浆液性肿瘤中的纳米细菌形成砂粒体的核心。

甲状腺钙化是甲状腺疾病诊断的重要指标，当甲状腺结节出现钙化现象时，既可以引起甲状腺恶性肿瘤，也可以引发甲状腺良性疾病，但相较于良性疾病，恶性肿瘤发生钙化的可能性更大。由于癌细胞快速繁殖，肿瘤中血管与纤维组织增生易出现钙盐沉积引起结节钙化，此外肿瘤本身也会分泌一些物质比如糖蛋白、黏多糖等引起结节钙化。因此，甲状腺恶性肿瘤结节发生钙化的可能性非常大。

根据组织学特徵，甲状腺病变中的钙化分为砂粒体、间质钙化和骨化。砂粒体是最受关注的钙化类型，存在于近50%的乳头状癌中，而少见于其他型甲状腺癌，甲状腺良性病变中更是极为罕见。砂粒体是一种直径为50～70μm的同心圆分层状的结构，状如散砂，切面呈洋葱样，多与肿瘤细胞伴行，常见于乳头纤维轴心、纤维性间质和实性肿瘤细胞巢之间。

间质钙化形态多样，可表现为规则或不规则的颗粒状、团块状、环状、弧状或线状，骨化是在间质钙化的基础上形成的，两者在影像上无法分辨，其组织学成分与正常骨相似。环形钙化是间质钙化的典型表现。