甲狀腺乳頭狀腺癌葉有完整的包膜，到后期同樣可以穿破包膜而侵及周圍組織，播散途徑主要是淋巴道，一般以頸淋巴結轉移最為常見，約在80%的兒童和2%的成年患者可捫及淋巴結，其次是血液轉移到肺或骨。

一般分化良好，惡性程度低。癌組織脆軟易碎，色暗紅；但老年患者的乳頭狀癌一般較堅硬而蒼白。乳頭狀癌的中心常有囊性變，囊內充滿血性液。有時癌組織可發生鈣化，切面呈砂粒樣。上述囊性變和鈣化與癌腫的惡性程度與預后無關。顯微鏡下見到癌瘤由柱狀上皮乳頭狀突起組成，有時可混有濾泡樣結構，甚至發現乳頭狀向濾泡樣變異的情況。