甲亢治疗的首选方法核素131碘治疗通常适用于药物治疗无效或复发的患者。核素131碘治疗通过破坏甲状腺组织减少激素分泌，具有疗效确切、复发率低的优势，但可能引起永久性甲减。主要适用于甲状腺肿大明显、合并心脏病或肝功能异常、拒绝手术或存在手术禁忌症的患者。
核素131碘治疗利用甲状腺组织对碘的特异性摄取能力，放射性碘被吸收后释放β射线破坏甲状腺滤泡细胞。治疗前需停用抗甲状腺药物3-7天，治疗后2-4周开始起效，多数患者在3-6个月内甲状腺功能恢复正常。治疗期间可能出现颈部胀痛、放射性甲状腺炎等短期反应，需监测血常规和甲状腺功能。治疗后第一年每2-3个月复查一次甲状腺功能，及时发现甲减并补充左甲状腺素钠片。妊娠期、哺乳期、计划半年内怀孕者禁用该疗法，儿童患者需谨慎评估。
接受核素131碘治疗后应单独居住3-7天，避免与婴幼儿及孕妇密切接触。治疗后1个月内多饮水促进放射性物质排泄，保持高热量高蛋白饮食。出现心慌、手抖等甲亢症状加重时可短期服用普萘洛尔片缓解，但禁止擅自使用抗甲状腺药物。治疗后半年内须严格避孕，女性患者建议治疗后1年再考虑妊娠。日常需避免海带紫菜等高碘食物，定期复查甲状腺功能及甲状腺超声。