Vairogdziedzeris ir daļa no endokrīnās sistēmas, un tā funkcija ir ražot hormonus, kas palīdz regulēt organisma vielmaiņu. Vairogdziedzerī veselas šūnas parasti aug, dalās un pēc tam pārstāj sistemātiski dalīties. Vairogdziedzera vēzis sākas, kad šūnas zaudē spēju pārtraukt vairoties un mirst, kā parasti, bet tā vietā turpina dalīties un vairoties, kad tās vairs nav vajadzīgas, galu galā veidojot audzēju. 2011. gada sākumā medicīnas pētnieki nebija noskaidrojuši precīzus vairogdziedzera vēža cēloņus. Ir atzīts, ka gēniem ir galvenā loma kā vienam no vairogdziedzera vēža cēloņiem, taču ir atklāts, ka neatkarīgi riska faktori, piemēram, starojums, vecums un dzimums, ir saistīti ar vairogdziedzera vēža attīstību, tāpēc gēnu relatīvā nozīme pret risku. Zinātniekiem joprojām ir neskaidri faktori, kas izraisa vairogdziedzera vēzi.
Ir četri galvenie vairogdziedzera vēža veidi: papilārais, folikulārais, anaplastiskais un medulārais. Papilārais un folikulārais ir visizplatītākie vairogdziedzera vēža veidi. Šo formu gadījumā medicīnas pētnieki ir spējuši konstatēt, ka gēnu mutācijas ir sastopamas ievērojamā daļā šo vēža gadījumu. Gan vairogdziedzera vēža anaplastiskajai, gan medulārajai formai ir konstatēta arī ģenētiska saikne, bet mazākā procentuālā daļā gadījumu.
Papildus ģenētikai medicīnas pētnieki ir identificējuši vairākus neatkarīgus riska faktorus kā vairogdziedzera vēža cēloņus. Visbiežāk sastopamie riska faktori starp vairogdziedzera vēža cēloņiem ir radiācijas iedarbība, ģimenes vēsture un joda trūkums. Dzimums, vecums un rase ir arī zināmi riska faktori.
Pakļaušana augsta līmeņa starojumam ir pierādīts vairogdziedzera vēža riska faktors. Galvas un kakla staru terapija medicīnisku iemeslu dēļ ir viens no cilvēkiem, kuri saņem lielas starojuma devas. Kodolieroču izmēģināšanas un izmantošanas sekas ir vēl viena lieta. Visbeidzot, atomelektrostaciju avārijas var izraisīt arī radiācijas iedarbību. Bērna pakļaušana starojumam rada lielāku risku nekā saskarsme pieaugušā vecumā.
Ģimenes anamnēzē goiter, kas ir labdabīgs vairogdziedzera paplašināšanās, ir vairogdziedzera vēža riska faktors. Atsevišķi iedzimti apstākļi, piemēram, Kaudena slimība, arī palielina risku. Dažas vairogdziedzera vēža formas rodas ģimenēs iedzimtu defektīvu gēnu dēļ. Pārāk zems joda saturs ir papilāru un folikulu vairogdziedzera vēža riska faktori. Visbeidzot, sievietēm ir lielāka iespēja saslimt ar vairogdziedzera vēzi, tāpat kā cilvēkiem, kas ir vecāki par 40 gadiem, un Amerikas Savienotajās Valstīs tiem, kas ir kaukāzieši.