Äge leukeemia tekib siis, kui vereloome tüvirakk läbib pahaloomulise transformatsiooni primitiivseks, diferentseerumata rakuks, millel on ebanormaalne eluiga. Lümfoblastidel (ALL) või müeloblastidel (AML) on ebanormaalne proliferatsioonivõime, mis tõrjub välja normaalse luuüdi ja vereloomerakud, põhjustades aneemiat, trombotsütopeeniat ja granulotsütopeeniat.