多数患者骨髓有核细胞增生极度活跃。以颗粒增多的早幼粒细胞为主，占30%～90%，可见少量原始、中幼粒细胞，早幼粒与原粒之比为3：1以上。颗粒增多的异常早幼粒细胞形态异常，胞体大，外形不规则，胞质中颗粒多，为大小不等的嗜苯胺蓝颗粒，紫红色而密集，有的出现内外浆，外浆颗粒少。白血病细胞胞质中多见短而粗的Auer小体，呈束状交叉排列，酷似柴捆样，故有人称"柴捆细胞"。胞核小而偏位，核染色质疏松，核仁1～3个，有时被颗粒遮盖而不清楚。

Ph染色体是慢性粒细胞白血病的特征性异常染色体。

绿色瘤最常见于急性粒细胞白血病；中枢神经系统白血病最常见于急性淋巴细胞白血病；皮肤损害和口腔黏膜病变最常见于急性单核细胞白血病。

急性单粒细胞时，POX和SBB染色在原单核细胞呈阴性和弱阳性反应而幼单核细胞多数为阳性反应；PAS染色在原单核细胞约半数呈阴性反应，半数呈细粒状或粉红色弱阳性反应，而幼单核细胞多数为阳性反应；非特异酯酶染色阳性，可被氟化钠抑制，其中α-丁酸荼酚染色诊断价值较大。

小型原始粒细胞和原始淋巴细胞不易区别，如果小型原始细胞呈POX染色阳性反应，可确定为小型原始粒细胞。

FAB分型中，AML-M1骨髓中原始细胞应占非红系细胞的90%以上。

AML-M3最敏感的免疫指标是CD33；AML-M7最敏感的免疫指标是CD41；AML-M5最敏感的免疫指标是CD14；T系淋巴细胞白血病最敏感的免疫指标是CD7；B系淋巴细胞白血病最敏感的免疫指标是CD19。

急性非淋巴细胞白血病M2型即急性粒细胞白血病部分成熟型的分型标准：骨髓中原始粒细胞占30%～89%（NEC），早幼粒细胞及以下阶段粒细胞＞10%，单核细胞＜20%。

Auer小体在瑞氏或吉姆萨的血或骨髓涂片中，白细胞胞质中出现染红色细杆状物质，1条或数条不等，长1～6μm，称为Auer小体（棒状小体），这种Auer小体出现在急性粒细胞白血病（AML）、急性单核细胞白血病中，在骨髓增生异常综合征（MDS）的RAEB-t型也可检出。Auer小体是急性非淋巴细胞白血病一个具有诊断意义的形态学特征，其在急非淋的检出、分布情况及与疗效的关系有诊断性的临床意义。