Diferansiye tiroid kanserlerinin (DTK) gelişimi, üç farklı mekanizma ile açıklanmaktadır. İlk mekanizma olan çok basamaklı karsinogenez modeline göre, bazı genetik değişiklikler ve çevresel etkenlerle papiller tiroid kanseri (PTK) veya folliküler tiroid kanseri (FTK) gelişmektedir. Bu tümörlere daha sonra eklenen farklı genetik değişikliklerle az diferansiye veya anaplastik tiroid kanserine dönüşebilirler. İkinci mekanizma olan kanser kök hücre modeline göre, küçük bir hücre grubu tümörün oluşmasına, büyümesine ve yayılmasına neden olur. Bu hücreler diğer kök hücrelerin özelliklerini taşırlar ve tümör büyümesini devam ettirme kapasitesine sahiptirler. Üçüncü mekanizma ise fetal hücre karsinogenez modelidir. Bu modele göre, anaplastik tiroid kanseri fetal tiroid kök hücrelerden, PTK ise tiroblastlardan ve FTK ise protirositlerden kaynaklanır. Bu mekanizmaların her biri genetik ve epigenetik değişikliklerin tiroid kanserinin gelişiminde ve ilerlemesinde önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Özellikle BRAF ve RAS mutasyonları, RET/PTK yeniden düzenlenmesi ve PAX8/PPARγ gen füzyonu gibi genetik değişiklikler DTK gelişiminde sıkça görülmektedir. Bunların yanı sıra, tiroid kanserlerinde gen amplifikasyonları, anormal gen metilasyonları ve farklı mikroRNA profilleri de bildirilmiştir. Bu genetik değişiklikler, MAPK ve PI3K-AKT gibi hücre içi sinyal yolları üzerinden tümör gelişimi ve ilerlemesine neden olabilir.(AI)