La thyroglobuline est synthétisée spécifiquement par le follicule thyroïdien (ou thyréocyte folliculaire) sain ou tumoral. Elle sert de substrat pour la synthèse des hormones thyroïdiennes (iodation et couplage des résidus tyrosine). La thyroglobuline est détectable dans le sérum des individus normaux et peut s'élever dans la plupart des pathologies thyroïdiennes. La principale indication de son dosage est le suivi des cancers différenciés de la thyroïde après thyroïdectomie totale. Dans ce cas, en l'absence de tissu thyroïdien, la concentration de thyroglobuline doit être effondrée. C'est une molécule hétérogène qui peut avoir une composition différente en cas de cancer thyroïdien et donc une immunogénicité particulière. Ces variabilités de teneur en hydrate de carbone et de niveaux de glycosylation entraînent une fluctuation de la structure de la thyroglobuline d'un individu à l'autre. Cette hétérogénéité explique la variabilité des concentrations de thyroglobuline observées lors de son dosage par des systèmes de mesure différents même si ceux-ci sont calibrés sur le même standard. C'est pourquoi il est recommandé de suivre les dosages de thyroglobuline d'un même patient par la même technique. Toutes les méthodes actuelles de dosage de la thyroglobuline sont sensibles, dans des proportions diverses, à l'interférence des anticorps antithyroglobuline. Une approche nouvelle, non encore standardisée, utilise la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ; elle pourrait permettre dans le futur le dosage de la thyroglobuline en présence d'anticorps antithyroglobuline.