Operacijom se uklanja deo ili cela štitsta žlezda. Preciznosti radi treba reći da se štitasta žlezda nikada ne uklanja cela čak i kada je to poželjan cilj. Zbog prolaska osetljivih struktura kroz tkivo žlezde (povratni grkljanski živac i krvni sudovi) i zbog bliskog odnosa sa paratiroidnim žlezdama hirurg mora uvek da ostavi izvestan deo tiroidnog tkiva. Operacija se obavlja u potpunoj anesteziji, najbolje u ustanovi sa većim iskustvom (preko 50 tiroidnih operacija godišnje). U toku operacije se pregledaju zaleđeni delovi operisanog tkiva i ako se postavi bilo kakva sumnja na malignu prirodu, uklanja se najveći mogući deo tiroidnog tkiva. Današnjim tehnikama rizik od komplikacija je veoma mali i prihvatljiv, diskomfor od operacije kratkotrajan i zadržavanje u bolnici kratko.
Operativno lečenje Bazedovljeve bolesti je čest izbor u pacijenata koji ne tolerišu tionamide (teška alergija, toksične reakcije, hepatitis, agranulocitoza) ili je prvi pokušaj medikamentne terapije bio neuspešan. Operacija je nekada jedini izbor u teškom hipertiroidizmu u trudnoći kada ne smeju da se daju velike doze tionamida pošto prolaze placentu. Mnogi lekari preporučuju operaciju i u mladih bolesnika, ispod 20 godina starosti. Polinodozna struma sa hipertiroidizmom obavezno se leči operacijom jer nije pogodna za radiojod a zbog autonomije procesa, besmisleno je lečiti ovaj hipertiroidizam lekovima. Tiroidni tumori se obavezno leče operacijom kojoj može da sledi primena ablativne doze radioaktivnog joda.
Hirurški postupci se razlikuju ali svi vode poreklo od osnovnog pristupa koji je uveo Teodor Kocher, nemački hirurg koji je uveo modernu eru u tiroidnu hirurgiju. Koher je prvi dobitnik Nobelove nagrade za medicinu, 1903. godine. U njegovo vreme hirurško lečenje je bilo i jedina forma lečenja hipertiroidizma. Uzdržanost koju pacijenti imaju zbog boravka u bolnici danas je sve manja jer mnogi hirurzi otpuštaju pacijente kućama narednog jutr posle operacije (boravak u bolnici od 23 sata). Ovaj boravak zavisi od prethodnog zdravstvenog stanja bolesnika. U nekim centrima se delimična tiroidektomija, uklanjanje dela jednog režnja tiroidne žlezde, obavlja kao ambulantna intervencija i bolesnik se vraća kući nekoliko sati posle operacije. Iako većina hiruga smatra opravdanim da bolesnik prespava noć posle operacije u bolnici, neki praktikuju da operišu u lokalnoj anesteziji uz intravensku sedaciju i bolesnik odlazi kući iste večeri. Ove manje operacije su skopčane sa malo komplikacija.
Potencijalni neželjeni efekti hirurškog lečenja su povreda okolnih organa vrata. Najčešće su to povratni grkljanski živac, važan za funkciju stvaranja glasa i povreda odnosno nenamerno uklanjanje paratiroidnih žlezda važnih za kontrolu metabolizma fosfora i kalcijuma. Učestalost ovih komplikacija u velikim centrima je ispod 1%. Prolazni poremećaj funkcije je nešto češći ali se oporavlja i kasnije nema primetnih posledica. Kao i kod primene radiojoida, najčešći neželjeni efekat operacije strume je trajni hipotiroidizam. Javlja se ako je uklonjena štitasta žlezda u celini ali je moguć i ako se ostavi deo tkiva žlezde. Može da nastupi ubrzo posle operacije ili posle više godina. Lako se dijagnostikuje jer se pacijenti redovno kontrolišu i jednostavno se tretira levotiroksinom. Opasnost od postoperativnog hipotiroidizma nikako ne treba da predstavlja uzrok odbijanju operacije jer se problem jednostavno rešava uzimanjem samo jedne tablete dnevno!