白血病的病理主要表现有白血病细胞的增生与浸润。非特异性病变则为出血及组织营养不良和坏死、继发感染等。白血病细胞的增生和浸润主要发生在骨髓及其他造血组织中，但也可出现在全身其它组织中，致使正常的红系细胞、巨核系细胞显著减少。骨髓中可因某些白血病细胞增生明显活跃或极度活跃，而呈灰红色或黄绿色。淋巴组织也可被白血病细胞浸润，后期则淋巴结肿大。
    有50％～80％白血病死者有明显中枢神经系统白血病改变。常见者为血管内白细胞郁滞、血管周围白细胞增生。其它最常发生白血病浸润的脏器是肾、肺、心脏及胸腺、睾丸等。总的看来，急性白血病浸润组织脏器比较集中而且严重，破坏组织能力较大。白血病在疾病过程中，大多伴有不同程度的出血，可发生在任何部位，但多见于造血组织、皮肤粘膜、心包膜、脾、胃及中枢神经等。
    其出血常发生在有白血病细胞浸润的基础上。由于白血病细胞浸润、出血，梗死及全身代谢障碍，局部或全部组织可有营养不良与萎缩，甚至坏死等。近年来由于大量化疗药物和抗生素的应用，其尸检病理变化有新的表现，白血病细胞崩解浸润消失，出现了纤维蛋白渗出，组织细胞吞噬，继而纤维化。骨髓可出现萎缩或纤维化，某些霉菌、原虫的感染增多，药物引起的病变增多。 
    由于正气虚弱、先天“胎毒”内伏又复感邪毒，由表入里致脏腑受邪，骨髓受损。邪毒耗气伤阴，阴虚内热，内热熏蒸，热伤脉络，迫血妄行，气耗日久致气虚脾弱，气不能摄血，脾虚不能统血，也可发生出血诸症：鼻衄、齿衄、肌衄、咳血、吐血、便血、尿血、妇女可见崩漏等。
    由于正气不足，瘟毒、邪毒反复侵袭营血，血热炽盛，阴伤血败，见高热不退，故有“热劳”、“急劳”之称。病邪久恋不去，气血更虚，故面色苍白，乏力气短，心悸头晕，懒言嗜卧动则汗出，舌质淡、体胖，苔薄白，脉沉细无力。气为血之帅，气行血则行，气虚则血行不畅，日久则气滞血瘀或脉络瘀阻结于胁下等形成髎积，推之不移，临床表现肝、脾、淋巴结肿大、胸骨压痛等。
    白血病的整个疾病过程中，正邪的分争贯彻其始终。若邪毒由盛而衰，正气由虚而渐复，则疾病得以缓解。若外邪亢盛，日久不见平复，营血继续内耗，而致阴虚，阴虚则生内热，故两颊红、乙烦热、手足心热、口渴欲饮、夜间盗汗、舌质微红、脉细数等。由于热伤气损阳，久之阳气耗之愈甚而致阳虚。
    阳虚则外寒，四肢冷凉，喜暖踡卧，自汗出，大便溏，小便清长，舌胖、苔薄白，脉沉细无力，若正气仍不能机转，邪仍不去，病情则进一步恶化，气血阴阳虚甚，最后导致阴阳两竭而死亡。总之本病的发生发展有虚有实，是虚实夹杂、正邪分争，复杂的病理过程。