Contemporaneamente all'esecuzione dell'ecografia, le linee guida ATA prevedono l'esecuzione di un esame citologico con tecnica "Fine-Needle-Aspiration". La FNAc eco-guidata è il "gold standard" nella diagnosi differenziale dei noduli tiroidei, permettendo una accurata identificazione, nella maggior parte dei casi, delle lesioni benigne. L'esame citologico andrebbe eseguito su tutti i noduli con diametro maggiore di 1 cm, venendo sconsigliata nei casi di lesioni sub-centimetriche. Tradizionalmente, i risultati della FNAc sono divisi in 5 categorie: non diagnostico (Tir1), nodulo benigno (Tir2), nodulo dal potenziale indeterminato (Tir3), nodulo con probabile comportamento maligno (Tir4), e nodulo maligno (Tir5) (rischio di malignità alla chirurgia >95%). Per ognuno di questi risultati, oggi le linee guida ATA pongono differente indicazione chirurgica: