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Na biópsia aspirativa por agulha fina, o médico utiliza uma agulha muito fina, para aspirar algumas células do tumor, que são posteriormente enviadas para análise em um laboratório de patologia.

Este tipo de biópsia pode ser realizado tanto em consultório como em uma clínica ou hospital. Durante o procedimento a agulha é inserida diretamente no nódulo para aspirar algumas gotas de líquido que contêm as células. O médico geralmente repete este procedimento duas ou três vezes para obter amostras de diversas áreas do nódulo. A agulha é geralmente guiada por ultrassom.

Cerca de 70% das biópsias por agulha fina mostram que o nódulo é benigno. O câncer é claramente diagnosticado em apenas cerca de 5% das aspirações por agulha fina.

Às vezes os resultados da aspiração por agulha fina não são conclusivos. Nestes casos, é necessária a realização de uma biópsia cirúrgica para obter uma amostra maior de tecido, principalmente, se o médico tem alguma razão para desconfiar que o nódulo possa ser maligno. Isto pode incluir uma lobectomia, que consiste na remoção de um lobo da glândula tireoide. As biópsias cirúrgicas são feitas no centro cirúrgico com o paciente sob anestesia geral.