आयोडीन-131 (रेडियोआयोडीन) रेडियो समस्थानिक चिकित्सा में, अति सक्रिय थाइरॉइड ग्रंथि के कार्य को सख्ती के साथ रोकने या एकदम से नष्ट करने के लिए एक बार के लिए रेडियोधर्मी आयोडीन-131 मुंह के जरिये दिया जाता है (गोली या तरल द्वारा). अपादान कारक उपचार के लिए इस रेडियोधर्मी आयोडीन के समस्थानिक का प्रयोग नैदानिक रेडियोआयोडीन (आयोडीन-123) की तुलना में अधिक शक्तिशाली होता है, जिसका जैविक अर्द्ध जीवन 8-13 घंटे होता है। आयोडीन-131, जो भी बीटा कणों को समाप्त करता है जो सीमित क्षेत्र में ऊतकों के लिए कहीं अधिक नुकसानकारी है, का लगभग 8 दिनों का अर्द्ध-जीवन होता है। जिन रोगियों पर पहली खुराक का असर नहीं होता, कभी-कभी उन्हें रेडियो आयोडीन की अतिरिक्त, बड़ी खुराक दी जाती है। इस इलाज में आयोडीन-131 को थाइरॉइड में सक्रिय कोशिकाओं द्वारा उठा लिया जाता है और उन्हें नष्ट कर देता है, थाइरॉइड ग्रंथि को ज्यादातर या पूरी तरह से निष्क्रिय बना देता है। चूंकि थाइरॉइड कोशिकाओं द्वारा आयोडीन को बड़ी सरलता से उठा लिया जाता है (हालांकि अनन्य रूप से नहीं) और (अधिक महत्त्वपूर्ण रूप से) अति-सक्रिय थाइरॉइड कोशिकाओं द्वारा और भी अधिक सरलता से उठाया जाता है, सो विनाश स्थानीय स्तर पर होता है और इस चिकित्सा के व्यापक दुष्प्रभाव नहीं होते हैं। 50 वर्षों से रेडियोआयोडीन अंशोच्छेदन का प्रयोग हो रहा है और इसका उपयोग नहीं करने की एकमात्र बड़ी वजह हैं गर्भावस्था और स्तनपान (स्तन के ऊतक भी आयोडीन को उठा लेते हैं और समाहृत करते हैं). एक बार जब थाइरॉइड ग्रंथि निष्क्रिय बना दी जाती है, तब शरीर की थाइरॉइड हार्मोन की मात्रा की जरुरत को पूरा करने के लिए प्रतिदिन मुंह के जरिये प्रतिस्थापन हार्मोन चिकित्सा आसानी से दी जा सकती है। हालांकि, एक विषम अध्ययन की टिप्पणी है कि अतिगलग्रंथिता के लिए रेडियोआयोडीन इलाज के बाद कैंसर की घटनाओं में वृद्धि देखी गयी।

अतिगलग्रंथिता के लिए रेडियोआयोडीन उपचार का प्रमुख लाभ यह है कि औषधि चिकित्सा की तुलना में इसमें सफलता दर बहुत अधिक है। रेडियोआयोडीन की खुराक के चयन और इलाज किये जा रहे रोग (ग्रेव्स रोग, बनाम विषाक्त गलगंड, बनाम गर्म ग्रंथिका आदि) पर निर्भर, अतिगलग्रंथिता के निश्चित समाधान की सफलता दर 75-100% पर भिन्न हो सकती है। ग्रेव्स रोगियों में रेडियोआयोडीन का एक प्रमुख संभावित दुष्प्रभाव के रूप में जीवन भर के लिए अवटु-अल्पक्रियता का विकास है, जिसके लिए प्रतिदिन थाइरॉइड हार्मोन के इलाज की जरुरत है। कभी-कभी, कुछ रोगियों को एक से अधिक रेडियोधर्मी उपचार की आवश्यकता हो सकती है, यह रोग के प्रकार, थाइरॉइड के आकार और दी गयी प्रारंभिक प्रशासित खुराक पर निर्भर है। अनेक रोगी पहले इस बात से दुखी होते हैं कि उन्हें जीवन भर थाइरॉइड हार्मोन की गोली लेनी पड़ेगी. फिर भी, थाइरॉइड हार्मोन सुरक्षित, सस्ते और आसानी से निगल लेने वाले होते हैं; और हार्मोन थाइरॉइड के जैसे होते हैं तथा सामान्यतः थाइरॉइड द्वारा ही बने होते हैं; आम तौर पर यह चिकित्सा बहुत अधिकांश रोगियों के लिए अत्यंत सुरक्षित और बहुत ही सहनीय है।

रेडियोधर्मी आयोडीन उपचार के परिणामस्वरूप थाइरॉइड ऊतक के विनाश से, अक्सर कई दिनों से लेकर सप्ताहों तक की एक चलायमान अवधि आती है जब रेडियोधर्मी आयोडीन उपचार के बाद अतिगलग्रंथिता के लक्षण वास्तव में और बिगड़ सकते हैं। थाइरॉइड हार्मोन युक्त थाइरॉइड कोशिकाओं के रेडियोधर्मी आयोडीन-जनित विनाश के बाद रक्त में थाइरॉइड हार्मोन के जारी होने से आमतौर पर ऐसा होता है। कुछ रोगियों में, बीटा ब्लॉकर्स (प्रोप्रानोलोल, एटेनोलोल, आदि) जैसे औषधि उपचार इस अवधि में उपयोगी हो सकते हैं। अनेक रोगी शुरूआती कुछ सप्ताह को बिना किसी समस्या के बर्दाश्त करने में समर्थ होते हैं।

आमतौर पर एक छोटी सी गोली के रूप में दिए जाने वाले रेडियोधर्मी आयोडीन उपचार के बाद अधिकांश रोगियों ने किसी भी कठिनाई का अनुभव नहीं किया। अगर थाइरॉइड में हल्की सूजन विकसित हो और गर्दन या कंठ क्षेत्र में परेशानी पैदा कर रही हो तो कभी-कभी, कुछ दिनों बाद गर्दन सुकुमारता या गले का शोथ प्रकट हो जा सकता है। यह आमतौर पर अस्थायी होता है और यह बुखार आदि के साथ संबद्ध नहीं है। 

रेडियोधर्मी आयोडीन उपचार के बाद जो महिलाएं स्तनपान कराती हैं उन्हें कम से कम एक सप्ताह और संभवतः अधिक समय तक के लिए स्तनपान कराना बंद कर देना चाहिए, क्योंकि रेडियोधर्मी आयोडीन उपचार के कई सप्ताह बाद भी रेडियोधर्मी आयोडीन की कुछ मात्रा स्तन के दूध में पायी जा सकती है।

रेडियोआयोडीन के बाद एक आम परिणाम होता है अतिगलग्रंथिता अर्थात अवटु-अतिक्रियता से आसानी से उपचारयोग्य अवटु-अल्पक्रियता में एक बदलाव और यह ग्रेव्स थाइरोटॉक्सिकॉसिस का इलाज करा रहे 78% में तथा विषाक्त बहुपर्विल गलगण्ड या अकेले विषैले ग्रंथि-अर्बुद का इलाज करा रहे 40% होता है। रेडियोआयोडीन की बड़ी खुराक का प्रयोग उपचार विफलता की घटनाओं को कम कर देता है, इलाज के उच्च प्रतिसाद के लिए हर्जाने के रूप में फलस्वरूप अवटु-अल्पक्रियता की ऊंची दर अधिकांशतः शामिल है, जिसका हार्मोन इलाज जीवन भर करना पड़ता है।

अल्ट्रासाउंड स्कैन में थाइरॉइड में रेडियोआयोडीन चिकित्सा से अधिक एकरूप से (हाइपोइकोजेनिक) संवेदनशीलता में वृद्धि देखी गयी, ऐसा खचाखच भरे बड़ी कोशिकाओं के कारण होता है, जो बाद में 81% हाइपोथाइरॉइड (अवटु-अल्पक्रियता) में बदल जाती हैं, जो सामान्य स्कैन प्रकटन (नोर्मोइकोजेनिक) वालों की तुलना में 37% अधिक होती हैं।

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