甲狀腺核素顯像可以顯示甲狀腺位置、大小、形態，以及放射性分布狀況。甲狀腺可以攝取、濃集鎝99，放射性碘-131、碘-123。鎝99僅顯示甲狀腺的攝取能力，而碘-131、碘-123，可以反映甲狀腺對放射碘的攝取和有機化的能力。正常甲狀腺核素顯像雙側甲狀腺兩個葉內放射性分布均勻，兩葉上極因為甲狀腺組織比較薄，放射性分布略有些稀疏，峽部一般不成像或濃集程度明顯低於雙側甲狀腺腺葉，偶爾可以見到錐狀葉。

使用甲狀腺核素顯像能夠明確甲狀腺結節功能狀態，以及異位甲狀腺組織的定位，幫助探查功能性甲狀腺癌。同時，也能夠幫助甲狀腺組織形態呈像以及重量的估算，估算甲狀腺重量也有公式，有助於確定碘-131治療甲亢放射碘劑量。