Pri vseh oblikah levkemije v kostnem mozgu nastajajo in se kopičijo nenormalne ali zelo nezrele bele krvničke. Zaradi nenadzorovanega razraščanja rakavih belih krvničk v kostnem mozgu, ki ovirajo tvorbo normalnih belih in rdečih krvničk ter krvnih ploščic, se pojavijo znaki anemije in purpura (podkožne krvavitve, ki se kažejo kot drobne, spontano nastale modrice na koži). Drugi simptomi levkemij so še hujšanje, povišana telesna temperatura, nočno potenje, nagnjenost h krvavitvam in ponavljajoče se okužbe.

Pri večini levkemij se rakave bele krvničke širijo po telesu in povzročajo povečanje bezgavk, jeter in vranice.
Ločimo dve glavni obliki levkemij, in sicer akutne levkemije (limfoblastna, mieloidna)za katere je značilen hiter razvoj simptomov, in kronične (limfocitna, mieloidna) pri katerih se simptomi razvijajo več let.