Komórki zazwyczaj układają się w struktury brodawkowate, otaczające rdzeń z naczyniem jedną lub kilkoma warstwami. Przyjmują kształt sześcienny. Istnieje ponadto odmiana pęcherzykowa, a także wysokokomórkowa. Obserwuje się w jej przypadku komórki wysokie, walcowate, o cytoplazmie eozynofilnej. Mogą tworzyć struktury zarówno brodawkowate, jak i pęcherzykowe. Zbudowane z nich guzy osiągają też większe rozmiary, niż w przypadku najpospolitszej odmiany. Wyróżnia się też odmianę kolumnokomórkową, a także cechującą się rozległym stwardnieniem. W przypadku guza o średnicy nieprzekraczającej 1 cm zbudowanego z komórek wysoko zróżnicowanych używa się terminu microcarcinoma papillare.
Ważną dla rozpoznania cechę stanowi wygląd jądra komórek rakowych, o sfałdowanej błonie jądrowej tworzącej rowki. W obrębie określanej jako delikatna równomiernie rozproszona i przypominająca matowe szkło chromatyny stwierdza się inkluzje cytoplazmy, w barwieniu kwasochłonne. Jądra te są często nazywane "Orphan Annie-eye nuclei", ponieważ ich wygląd pod mikroskopem przypomina oczy postaci z amerykańskiego komiksu Little Orphan Annie.