Leucemia é quando as células estaminais hematopoiéticas que produzem as várias células no sangue se tornam malignas e produzem células que não funcionam correctamente, e estas células atingem várias partes do corpo através do sangue.
Anormalidades nas células estaminais hematopoiéticas levam a anormalidades nas várias células que proliferam, por exemplo: glóbulos vermelhos, glóbulos brancos, plaquetas, etc. Embora os doentes com leucemia sejam capazes de produzir glóbulos vermelhos, a estrutura e função destes glóbulos vermelhos produzidos são anormais e são reconhecidos e removidos por órgãos imunitários como o baço, resultando em anemia e baços e gânglios linfáticos aumentados. A função anormal dos glóbulos vermelhos impede-os de transportar oxigénio para os tecidos, deixando o corpo fraco, pálido, palpitante e com falta de ar. Do mesmo modo, podem ocorrer anomalias plaquetárias em doentes com leucemia. As plaquetas desempenham um papel importante na paragem da hemorragia. Quando as plaquetas são anormais, a função hemostática é anormal e a hemorragia pode resultar. Os doentes presentes com manchas de hemorragia na pele ou hemorragias nasais. Os glóbulos brancos são as células imunitárias do corpo e, na leucemia, também podem tornar-se anormais, levando a uma diminuição da resistência do corpo.
Além disso, células sanguíneas anormais podem atingir todas as partes do corpo através da corrente sanguínea e causar uma variedade de sintomas.