Erkrankungen der Schilddrüse können oft bereits mittels körperlicher Untersuchung erkannt werden. Eine ausgeprägte Struma oder eine obere Einflussstauung sind meist sichtbar (Inspektion). Bei Morbus Basedow ist auf die Zeichen einer endokrinen Orbitopathie zu achten: Exophthalmus, Rötung und Schwellung der Lider und Bindehäute.
Die Schilddrüse kann durch Abtasten (Palpation) des Halses untersucht werden, gleichzeitig können vergrößerte Halslymphknoten als Hinweis auf ein Malignom oder eine Entzündung der Schilddrüse ertastet werden. Die allgemeine körperliche Untersuchung kann Hinweise auf eine Über- oder Unterfunktion der Schilddrüse geben. Für eine Hyperthyreose sprechen: hoher Puls (Tachykardie), erhöhte Differenz zwischen systolischem und diastolischem Blutdruck, warme und feuchte Haut, feinschlägiger Tremor und beschleunigte Muskeleigenreflexe. Für eine Hypothyreose sprechen eine allgemeine Verlangsamung des Patienten, eine trockene, raue und blasse Haut, heisere Stimme und kloßige Sprache, Schwellung von Augenlidern und Händen, niedriger Puls (Bradykardie), verlangsamte Muskeleigenreflexe und Zeichen einer Myopathie.
Bildgebende Verfahren gehören zur In-vivo-Diagnostik, da sie im im lebendigen Organismus ablaufen.
→ Hauptartikel: Sonografie
In der bildgebenden Diagnostik wird zunächst der Ultraschall eingesetzt. Es kann die Ausdehnung der Schilddrüse in den drei Raumachsen gemessen und daraus das Volumen berechnet werden (Ellipsoid: Länge mal Höhe mal Breite mal 4/3 π ; näherungsweise beträgt das Volumen (in ml) Länge mal Höhe mal Breite (jeweils in cm) mal 0,5). Neuere Ultraschallgeräte liefern auch eine direkte 3D-Volumetrie der Schilddrüse. Die Schilddrüse hat bei der Frau ein normales Volumen von bis zu 18 ml, beim Mann bis zu 25 ml. Eine vergrößerte Schilddrüse wird als Struma bezeichnet. Beim Morbus Basedow ist das Organ meist vergrößert, bei der Hashimoto-Thyreoiditis in der hypertrophen Form normal groß oder vergrößert, in der atrophen Form (Ord-Thyreoiditis) verkleinert.
Abweichungen im sonografischen Grundmuster finden sich bei den Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse, das Organ erscheint oft inhomogen oder echoarm. Herdbefunde (Knoten, Zysten) werden in ihrer Größe, Lage und Art der Randbegrenzung beschrieben. Autonome Adenome haben oft einen echoarmen Randsaum. Ein inhomogen-echoarmer und unscharf begrenzter Knoten ist verdächtig auf das Vorliegen eines Schilddrüsenkarzinoms, zusätzliche Verkalkungen in diesem Knoten können ein Hinweis auf ein medulläres Schilddrüsenkarzinom sein. Zysten sind echofrei und zeigen auf ihrer Schallkopf-abgewandten Seite eine (scheinbare) Schallverstärkung.
Die farbcodierte Doppler-Sonografie kann zusätzliche Hinweise auf die Art der Schilddrüsenerkrankung geben, gehört aber oft noch nicht zur Routine-Diagnostik. Eine diffus vermehrte Durchblutung findet sich beim Morbus Basedow, oft auch bei der Hashimoto-Thyreoiditis. Der echoarme Randsaum des autonomen Adenoms entspricht im Doppler-Sonogramm einer randständig vermehrten Durchblutung. Eine Differenzierung zwischen gutartigen und bösartigen Knoten gelingt auch mit dieser Methode nicht, sie kann das Schilddrüsen-Szintigramm nicht ersetzen.
Die Schilddrüsenszintigraphie erlaubt die Beurteilung der regionalen und globalen Funktion der Schilddrüse.
Der am häufigsten verwendete Tracer ist Tc-Pertechnetat. Er steht in allen nuklearmedizinischen Praxen zur Verfügung und hat günstige physikalische Eigenschaften bezüglich Strahlungsart (reiner Gamma-Strahler), Strahlungsenergie (140 keV) und Halbwertszeit (6 Stunden). Der Tracer wird zwar analog zu Jod in die Schilddrüse aufgenommen („Jodination“), aber nicht in Schilddrüsenhormone eingebaut („Jodisation“). Die Aufnahme des Technetium in die Schilddrüse („Uptake“) ist aber proportional zur Aufnahme von Jodid. Die Strahlen-Dosis für die Schilddrüse beim Schilddrüsenszintigramm beträgt etwa 0,12 cGy, die effektive Äquivalentdosis für den ganzen Körper bei einer verwendeten Aktivität von 75 MBq beträgt etwa 0,9 mSv. Technetium wird auch in die Speicheldrüsen und in die Magenschleimhaut aufgenommen.
Der Tc-Uptake beträgt normalerweise etwa 0,5 bis 2 % des intravenös verabreichten Technetiums. Ein global erhöhter Uptake findet sich bei Jodmangel, unter Therapie mit Thyreostatika sowie beim Morbus Basedow; ein regional erhöhter Uptake bei autonomen Adenomen. Ein global verminderter Uptake lässt sich nach Jodexposition (zum Beispiel Kontrastmittel oder Amiodaron), unter der Einnahme von Natriumperchlorat oder Schilddrüsenhormonen, sowie bei Autoimmunthyreoiditis, Thyreoiditis de Quervain und bei sekundären Hypothyreosen. Ein regional verminderter Uptake findet sich bei der Thyreoiditis de Quervain und bei kalten Knoten.
Zum Nachweis einer Schilddrüsenautonomie, die sich bei normaler Stoffwechsellage szintigrafisch nicht nachweisen lässt, kann die Szintigrafie unter Suppression dienen. Hierzu nimmt der Patient vorübergehend nach vorgegebenem Schema Schilddrüsenhormone ein, die über den thyreotropen Regelkreis zur Verminderung des TSH-Wertes führen („Suppression“). Im Szintigramm unter Suppressionsbedingungen nimmt nicht-autonomes Schilddrüsengewebe keinen Tracer auf, so dass sich autonome Areale besser demarkieren. Ein Gesamt-Tc-Uptake in der Schilddrüse über 3 % unter Suppressionsbedingungen weist auf ein hohes Risiko zur Entwicklung einer Hyperthyreose nach Jodexposition hin.
Die Szintigrafie mit Jod ist wegen ungünstiger physikalischer Eigenschaften bezüglich Strahlungsart (überwiegender Beta-Strahler), Strahlungsenergie (364 keV) und Halbwertszeit (rund 8 Tage) der Nachsorge beim differenzierten Schilddrüsenkarzinom und der Voruntersuchung vor Radiojodtherapie (Radiojodtest) vorbehalten. Jod (reiner Gamma-Strahler, Strahlungsenergie 159 keV, Halbwertszeit 13 Stunden) wäre das ideale Nuklid für die Schilddrüsenszintigrafie, da es im Gegensatz zum Technetium auch der Jodisation unterliegt. Es steht aber nicht wie Technetium als Generator zur Verfügung, sondern muss im Zyklotron hergestellt werden und ist für die Routinediagnostik zu teuer. Es findet seinen Einsatz vor allem in der Diagnostik der dystopen Struma (Zungengrundstruma, mediastinale Struma, Struma ovarii) und der fehlenden Schilddrüse (Athyreose).
Im Röntgen-Thorax kann eine vergrößerte Schilddrüse auffallen. Die Röntgen-Zielaufnahme der Luftröhre und der Speiseröhre (gegebenenfalls mit Kontrastmittel) sind weitgehend durch den Ultraschall verdrängt. Bei bestimmten Fragestellungen – insbesondere bei intrathorakaler Struma und in der Nachsorge des Schilddrüsenkarzinoms – kommen auch andere bildgebende Verfahren zum Einsatz: die Computertomografie, die Kernspintomografie und die Skelettszintigrafie. Bei bestehendem Verdacht auf ein Malignom der Schilddrüse darf kein jodhaltiges Kontrastmittel verwendet werden.
Bei endokriner Orbitopathie lassen sich die Strukturen der Orbita mit Ultraschall oder Computertomografie beurteilen; Verfahren der ersten Wahl ist allerdings die Kernspintomografie.