甲状腺的毗邻关系较复杂。前面由浅入深的层次是：皮肤、皮下组织、颈深筋膜浅层、舌骨下肌群、内脏筋膜壁层和脏层。后面与喉、气管、咽、食管以及喉返神经相邻。后外侧有颈动脉鞘及其内含物、颈交感干。所以当甲状腺肿大时，可压迫这些邻近器官，比如压迫气管和食管，严重时可致气管软骨环软化，引起呼吸、吞咽困难；如压迫喉返神经，则可引起声音嘶哑；甲状腺癌时，可压迫交感干，出现霍纳综合征，以及颈总动脉搏动向外移位等症状。

甲状腺的血液供应非常丰富，主要来自两侧的甲状腺上动脉和甲状腺下动脉。甲状腺动脉之间以及咽喉部、气管、食管的动脉分支之间，均具有广泛的吻合，故在甲状腺手术中将甲状腺上、下动脉全部结扎，也不会发生甲状腺残留部分及甲状旁腺缺血。甲状腺表面还有丰富的静脉网，汇成上、中、下静脉干。

甲状腺的淋巴管行于叶间结缔组织内，常常围绕着其伴行动脉，并且与腺被膜的淋巴管交通，甲状腺的淋巴汇合流入沿颈内静脉排列的颈深淋巴结。气管前、甲状腺峡上的淋巴结和气管旁、喉返神经周围的淋巴结也收集来自甲状腺的淋巴。

甲状腺的神经有交感神经纤维和副交感神经纤维，交感神经功能是使血管收缩。副交感神经纤维来自迷走神经，经喉返神经及喉上神经分布于腺体。喉上神经和喉返神经与甲状腺的关系密切。甲状腺外科手术常有伤及神经的可能。