Elle est réalisée avec une aiguille très fine, sans anesthésie. Elle est quasiment indolore. Parfois guidée par une échographie, elle consiste à piquer plusieurs fois dans le nodule, pour étudier les cellules en différents endroits.

Elle doit être pratiquée par un médecin qui en a une grande habitude et lue par un cytologiste très expérimenté. (Le cytologiste est un médecin spécialiste de la lecture de ce genre d'examen.)