PDTC 是显示有限的滤泡细胞分化的恶性肿瘤，在形态和生物学行为上介于 DTC 和 ATC 之间。主要的组织学形态有岛状、梁状和实性，核分裂象易见，大片坏死可导致残留肿瘤细胞呈血管外皮瘤样聚集在血管周围。PDTC 可以同时伴有不同比例的分化型癌成分，但有研究显示即使出现 10%的 PDTC 成分也伴随着侵袭性行为和对预后的 不 良 影 响 。 PDTC 的 Ki-67 指 数 通 常 在 10% ～ 30% ， BCL2 、CyclinD1 通常阳性，P53、P21 和 P27 灶状阳性。鉴别诊断主要包括 MTC、甲状旁腺癌和转移到甲状腺的癌。
ATC 是由未分化的甲状腺滤泡细胞构成的高度侵袭性恶性肿瘤。典型症状为迅速增大、质硬、固定的颈部包块伴广泛侵犯周围组织，大约 30%～40%患者伴有远处转移如肺、骨和脑。主要的组织学形态有肉瘤样、瘤巨细胞样和上皮样，以上形态可单独或不同比例混合出现，也可以出现灶状的鳞状分化或异源性分化；通常伴有坏死、多量的核分裂象和血管侵犯。免疫组化：TTF1 和 TG 通常阴性，PAX8 大概一半病例阳性，CK 可以在上皮样分化区域阳性，LCA、肌源性标记和黑色素瘤标记等主要用于排除性诊断。鉴别诊断：其他类型高度恶性肿瘤如肌源性肉瘤、恶性黑色素瘤和大细胞淋巴瘤等。非滤泡和滤泡旁细胞来源的高度恶性的甲状腺原发肿瘤一般也归为ATC 范畴，例如鳞状细胞癌、肉瘤、黏液表皮样癌等等。