Objetivos: determinar el rendimiento diagnóstico de la biopsia por punción aspiración con aguja fina (PAAF) para el diagnóstico de nódulos tiroideos malignos. Materiales y métodos: estudio retrospectivo que evaluó las PAAF de tiroides realizadas en el Hospital Nacional Guillermo Almenara Irigoyen en Lima, Perú, durante un período de tres años. Se categorizó el diagnóstico citopatológico de las biopsias usando el sistema de Bethesda, se consideró las categorías V y VI como malignas y la categoría II como benigna. Se obtuvo solo una biopsia por paciente y se consideró el resultado con la categoría de Bethesda más alta. Todos los pacientes fueron sometidos a tiroidectomía y los resultados histopatológicos se categorizaron como malignos o benignos. Resultados: se incluyó a 173 pacientes con resultados citopatológicos de Bethesda II al VI. El diagnóstico citológico mostró que el 47,4% de los pacientes tenían Bethesda VI. El 59,5% de los nódulos tiroideos fueron malignos en la histopatología, siendo el carcinoma papilar el tipo más frecuente. El rendimiento diagnóstico de la PAAF fue alta cuando considera Bethesda V y VI como malignos, con una sensibilidad 91,92%, especificidad 71,67%, valor predictivo positivo 84,26%, valor predictivo negativo 84,31% y precisión de 84,28%, razón de verosimilitud positiva 3,39; pero mejoró significativamente cuando se consideró solo Bethesda VI como maligno, con sensibilidad del 90,7%, especificidad del 89,58%, precisión 90,3% y razón de verosimilitud positiva 8,71. Conclusiones: la PAAF tiene buen rendimiento. Este estudio demostró ser de gran utilidad en nuestro centro de salud para detectar errores y promover mejoras, así también como modelo para próximas investigaciones en diferentes establecimientos de salud.