O carcinoma medular provoca aumento volumétrico da tireoide. O tumor secreta calcitonina e, às vezes, outras substâncias, como prostaglandinas, ACTH, VIP e serotonina, responsáveis por alterações clínicas, como diarreia (induzida por calcitonina e/ou prostaglandinas), síndrome de Cushing (ACTH) e síndrome carcinoide (pouco frequente, causada pela serotonina).