과거에는 방사성 요오드 치료 후 백혈병, 임파종 또는 갑상선암의 빈도가 증가한다고 알려져 있었으나 현재는 무관한 것으로 밝혀졌습니다. 또한 태아의 기형에도 영향을 주지 않는 것으로 밝혀지기는 하였으나, 그레이브스병이 가임여성에게 많고 방사성 요오드가 태아의 갑상선기능저하증을 유발하기 때문에 방사성 요오드 치료는 환자가 생리를 시작한 10일 이전에 시행하는 것이 안전합니다. 그리고 경우에 따라서는 임신 반응검사를 시행하는 것이 좋겠습니다. 특히 모유로 분비되어 역시 영유아의 갑상선에 영향을 주므로 수유부에게도 절대 투여하여서는 안 됩니다.

방사성 요오드의 가장 흔한 부작용은 갑상선기능저하증입니다. 투여 후 1년 이내에 생기는 조기 갑상선기능저하증은 방사성 요오드에 의한 갑상선 파괴에 의하며, 대개 1년 이내에 약 25%의 환자에게서 발생합니다. 그 이후에 생기는 영구적인 기능저하증은 갑상선세포의 재생능력의 결함이나 갑상선 자가면역 기전으로 생기고, 그 빈도는 투여량에 관계없이 매년 2~3%가량의 환자에게서 발생합니다.

35세 이상 그리고 혈청 갑상선 호르몬(T3)이 높은 일부환자에게서는 방사성요오드 치료 후 안구병증이 악화된다는 보고도 있습니다. 아직 정확한 기전은 모르는 상태입니다. 일반적으로 갑상선 안구병증이 심할 때에는 방사성요오드 치료는 삼가고 어느 정도 안정이 된 후에 시행하는 것이 좋겠고, 안구병증의 악화를 막기 위하여 방사성요오드 치료 1주 전부터 치료 후 2~4주동안 프레드니존(prednisone) 40mg을 투여하기도 합니다.