Presentamos un modelo biomatemático mecanicista de radioterapia molecular de enfermedades tiroideas. El modelo general consiste en un conjunto de ecuaciones diferenciales que describen la dinámica de diferentes poblaciones de células tiroideas con diversos grados de daño causado por la radioterapia (células no dañadas, células dañadas subletalmente, células condenadas y células muertas), así como la dinámica de la tiroglobulina y los autoanticuerpos antitiroglobulina, que son importantes sustitutos de la respuesta al tratamiento. El modelo se presenta en dos variantes: por un lado, como un modelo continuo determinista, que es útil para ajustar datos poblacionales, y por otro lado, como un modelo estocástico de Markov, que es particularmente útil para investigar las probabilidades de control tumoral y la individualización del tratamiento. El modelo se utilizó para ajustar la dinámica de respuesta (volúmenes de tumor/tiroides, tiroglobulina y autoanticuerpos antitiroglobulina) observada en estudios experimentales de cáncer de tiroides y enfermedad de Graves tratados con I-radioterapia. Se logró un ajuste cualitativo adecuado del modelo a los datos experimentales. También utilizamos el modelo para investigar estrategias de individualización del tratamiento para el cáncer de tiroides diferenciado, con el objetivo de mejorar la probabilidad de control del tumor. Descubrimos que estrategias de individualización simples basadas en la dosis absorbida en el tumor y la radiosensibilidad del tumor (que son magnitudes que potencialmente pueden determinarse individualmente para cada paciente) pueden llevar a un importante aumento de las probabilidades de control del tumor.