碘-131治疗甲亢，主要是通过碘-131释放出的β射线，对甲状腺滤泡上皮细胞的破坏，从而达到治疗甲亢的目的，副作用主要是引起甲状腺功能减退。患者一旦发生甲减的情况，需要甲状腺激素的终身替代治疗。还有可能出现放射性的甲状腺炎，重症甲亢的患者需要在碘-131治疗以前，使用抗甲状腺药物的治疗。
甲状腺内储存的激素足够维持1-2个月，所以碘131治疗后短期内，甲状腺内储存的激素释放入血，出现甲亢症状的加重，随着储存激素的耗尽，甲亢症状逐渐好转。碘131治疗甲亢见效的时间大概1月。半年后，如甲亢没有治好，可以再次行碘131治疗。
近期内可以出现一过性甲减、一过性甲亢或者甲亢复发、放射性甲状腺炎、疼痛等症状，一般都能自行缓解和恢复。远期除永久性甲减外，还有可能对比邻组织如甲状旁腺等造成影响，但一般较为少见。
放射性碘131治疗产生的辐射是比较小的，通常局限在甲状腺附近，对于周围的影响不大。做完放射性碘131治疗之后，隔离要求是与普通成人接触距离至少要在1到2米以上。而对于孕妇，老人或小孩等特殊人群，要避免接触。隔离时间需要至少坚持1个月以上，当然如果能够隔离的时间更长，放射线的影响肯定会更小。
碘治疗后常见的短期（1-15天）副作用包括：乏力、颈部肿胀、咽部不适、口干、味觉改变、鼻泪管堵塞、上腹部不适或恶心，以及泌尿道的损伤等。晚期并发症主要是甲状腺功能减低，131碘治疗后引起的一过性甲低，症状较轻，经6~9个月可自行消失。另一种是永久性甲低，需要终身服用替代药物治疗。
最少也需要经过2到3周的时间，才能看到比较明显的效果，甲亢症状逐渐减轻，甲状腺缩小，体重增加。通常可持续3-6个月。所以第一疗程疗效不满意者，至少要间隔6个月才能进行第二次治疗。
