在胚胎期第三周,消化器官原基(“前腸”)在鰓弓部位出芽形成甲狀腺細胞。甲狀腺細胞向下成為一團細胞,其與舌相連的狹管叫甲狀腺舌管。甲狀腺舌管(Ductus thyroglossus)后來會閉合,甲狀腺因此就斷開了與前腸的連接。偶然也會發(fā)生閉合不完全,這會導致甲狀腺舌管囊腫。
在哺乳動物中,第五咽囊的細胞會移入甲狀腺,成為后來的C細胞。而它們在其他的脊椎動物則還會形成一個器官-后鰓體。在很多哺乳類動物種屬里,內(nèi)皮小體(Glandula parathyroidea interna,是其中一個甲狀旁腺)也算作甲狀腺的一部分。而在人類,它則作為下甲狀旁腺(Glandula parathyroidea inferior)位于甲狀腺下極。
在尾索動物(Tunicata)和 頭索動物(Acrania)的內(nèi)柱被視為脊索動物甲狀腺的同源器官。內(nèi)柱是一位于鰓裂,充滿腺體的結構,它會分泌含碘的粘性物質(zhì)。