碘131治疗甲亢主要的并发症为甲减，这是因为早期腺体受到破坏，后期由于自身免疫反应所致。大多数在治疗后两到六个月间发生甲减，也有出现更晚或者几年后才发生的。一般在治疗后的第一年，甲减的发生率为4%到5%左右，以后的每年递增1%到2%。

甲减分为暂时性和永久性两种。暂时性的通常能自行恢复，永久性的则需要终身服药。

使用碘131时，如果剂量不合理则可能出现以下副作用：如恶心、厌食、呕吐等，少数有皮肤瘙痒、头晕、皮疹、乏力等局部反应，进一步发展有膨胀以及压迫感，甚至下咽疼痛及咳嗽，白细胞减少，一般可以逐渐恢复。

碘131治疗甲亢还有可能加重突眼，另外可有放射性甲状腺炎等并发症。另外，碘131治疗的甲亢病人中不孕症、流产率、畸胎和遗传异常的发生率要高于一般的人群。