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甲状腺未分化癌较少见，主要包括大细胞癌、小细胞癌和其他类型癌(鳞状细胞癌、巨细胞癌、腺样囊性癌、粘液腺癌以及分化不良的乳头状癌和滤泡癌等) 。本病病因不明，在地方性甲状腺肿地区发病率较高。目前多数学者认为未分化癌多由分化好的甲状腺肿瘤间变而来(通常是乳头状癌)，p53基因突变在这一转化中起到重要作用。2002年美国肿瘤研究联合委员会将甲状腺癌TNM分期中将甲状腺未分化癌均归为Ⅳ期，而不考虑原发灶大小、淋巴结转移情况。未分化癌为最具侵犯力的恶性病变中的一种，很难控制，目前仍然缺乏满意的治疗方法。
包括未分化癌在内的所有甲状腺癌，在有条件时均应以手术切除为首选治疗方法，因手术治疗的疗效肯定，且为今后的非手术治疗奠定了基础。手术的方法有很多种，但不是唯一治疗方法，非手术疗法是在无手术条件、或为手术后辅助治疗的选择。综合评估非手术疗法的疗效及不良反应，通常在众多非手术疗法中依以下次序选择：TSH抑制疗法、核素碘治疗、放射治疗、化学治疗及生物疗法，但应根据肿瘤的病理类型最后决定。
甲状腺的主要调节机制是下丘脑-垂体-甲状腺的自身调节系统，其中以垂体促甲状腺激素（TSH）最重要，甲状腺未分化癌虽发生于甲状腺的滤泡细胞，但因其分化程度差，对垂体甲状腺轴系统的依赖性差，一般不采用内分泌治疗。但是服用甲状腺素也是必要的，尤其适用于甲状腺全切除后的病人，主要是代偿作用，用来缓解或减轻甲减带来的副作用。
核素碘的摄取与TSH表达上调和功能性钠碘迁移有关，一般正常的甲状腺滤泡摄碘能力最强，病变组织的滤泡越多、越完整、胶质越多摄碘能力越强，核素碘治疗疗效越好。因未分化癌不摄碘，故几乎不用核素碘治疗。
多模式的综合治疗在甲状腺未分化癌治疗中的地位已逐渐达成共识，手术切除是其中的重要手段之一。对于手术可切除者可首选手术治疗，但须避免过度扩大引起重要功能障碍，临床有淋巴结转移者须同时行颈部清扫，气管切开是缓解气道梗阻的有效手段，但不主张预防性气管切开。术后结合放化疗有助于改善局部控制、提高生存率。肿瘤无法切除者，术前超分割放疗加化疗可能更有效，如果放疗后病人没有远处转移，而且局部肿瘤可以切除，在能避免发生严重并发症的情况下应行手术切除，如果放疗后出现远处转移，外科手术已没有什么意义，紫杉类药物对甲状腺未分化癌表现出较好的治疗效果，临终关怀亦成为综合治疗的一个重要环节。除此之外，以抗血管生成为代表的新型靶向治疗为甲状腺未分化癌的治疗提供了新方法、新思路，但仍在试验阶段，需进一步研究和临床验证。