白血病是一種造血干細胞異常的克隆性的惡性疾病。其發生可能是由多種因素綜合引起的，包括病毒、電離輻射、化學因素、遺傳因素以及其他血液病等因素。
病毒，如成人T細胞白血病，可由人類T淋巴細胞病毒所引起，并可通過哺乳、性生活及輸血等途徑傳播。
電離輻射，如全身或大面積照射，可能導致骨髓抑制或機體免疫力缺陷，染色體發生斷裂和重組，染色體雙股DNA有可逆性斷裂。
化學因素，如苯的致白血病作用已經肯定，抗腫瘤藥中的烷化劑可能導致繼發性白血病，特別在淋巴瘤或免疫系統缺陷的腫瘤中多見，乙雙嗎啉有致白血病作用，該藥有極強的致染色體畸變的作用，氯霉素、保泰松也有致白血病作用。
遺傳因素，家族性白血病約占白血病的7‰。
其他血液病，如慢粒白血病、真性紅細胞增多癥、原發性血小板增多癥、骨髓纖維化、骨髓增生異常綜合癥等，最終可能發展為急性白血病。
在機理上，白血病的發生并非單一因素，而是多種因素綜合作用的結果。患者可能存在著某種先天性的易感素質，再由于外界因素的作用，先引起單個細胞的突變，進而激活癌基因并使部分抑癌基因失活，而凋亡抑制基因過度表達，導致突變細胞凋亡受阻、惡性增殖，最終引發白血病。
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