Hitung darah merupakan indikator penting untuk deteksi dini gangguan hematologi, seperti sel darah putih yang tinggi secara abnormal; sel darah putih, trombosit, hemoglobin, sel darah merah dan granulosit yang rendah secara abnormal, dan pengobatan simtomatik yang tidak memuaskan, ketika leukemia harus diwaspadai. Dalam kebanyakan kasus, gambaran sumsum tulang menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam sel berinti, terutama sel primitif leukemia, terhitung lebih dari 30% dari non-eritrosit, sedangkan sel tahap menengah yang lebih matang tidak ada dan sejumlah kecil granulosit matang tetap ada, membentuk apa yang disebut fenomena “lacunar”. Terdapat pengurangan sel darah merah muda normal dan megakariosit. Sekitar 10% AML akut memiliki sumsum tulang hipoproliferatif yang disebut leukemia akut hipoproliferatif. Meskipun sumsum tulang bersifat hipoproliferatif, sel primitif leukemik masih mencapai lebih dari 30% sel non-eritroid. Vesikel Auer berguna dalam membedakan leukemia akut dari non-leukemia akut. Tes sitokimia dapat mengidentifikasi jenis leukemia; tes imunologi seluler dapat membedakan leukemia akut dari non-akut; tes kromosom dan genetik dapat berguna dalam pengobatan leukemia; dan tes biokimia darah dan koagulasi dapat berguna dalam diagnosis dan pengobatan leukemia.