分化性甲状腺癌和甲状腺髓样癌对化疗药物均不敏感,故不应作为常规的术后辅助治疗。化学治疗被主要运用于甲状腺未分化癌,和甲状腺恶性淋巴瘤的治疗,也有将其作为部分复发性分化较差的甲状腺分化性癌,或髓样癌的术前辅助治疗。常用于甲状腺未分化癌的化疗药物主要有多柔比星、顺铂、依托泊苷和米托蒽醌等,其中以多柔比星最为常用。甲状腺恶性淋巴瘤的化疗,同样以CHOP方案为主(环磷酰胺、多柔比星、长春新碱、泼尼松)。