Bei der Feinnadelaspiration wird direkt durch die Haut mit einer kleinen sehr dünnen Nadel wenig Material der Schilddrüse entnommen. Die Entnahme ist fast schmerzfrei und wird innerhalb von 2 bis 3 Sekunden ausgeführt. Wichtig ist eine gute Kompression der Entnahmestelle nach der Punktion, um einen Bluterguß, der am nächsten Tag zu einem befristeten Druckgefühl führen könnte, vorzubeugen. Die Treffsicherheit ist sehr hoch und wird ultrschallgestützt noch verbessert, wenn der zu punktierende Knoten nicht gut genug mit den Fingern fixiert werden kann.
Das entnommene Material wird auf ein dünnes Glasplättchen aufgetragen und von einem Pathologen mikroskopisch untersucht.