Para diagnóstico laboratorial de LLA, a contagem de leucócitos em sangue periférico deve estar maior que 200 x 10⁹/L, com presença de células jovens.

Marcadores imunológicos detectados por imunofenotipagem auxiliam a classificação da LLA, definindo por exemplo se estão alteradas as células B ou T.

Os exames hematológicos mostram contagens de eritrócitos e plaquetas maiores que as normais.

A medula óssea apresenta hipocelularidade, com grande proporção de blastos, porém não vistos em sangue periférico.

Não existem até momento correlações significativas entre alterações citogenéticas e LLA.