백혈병은 혈액 세포, 특히 백혈구가 이상 증식하는 혈액종양의 일종이다. 제대로 성숙하지 못한 백혈구가 대량으로 혈액 속에 존재하므로 백혈병이라 한다(또한 이 백혈구는 생검 시 정상 백혈구보다 세포 기관을 포함한 세포의 크기가 휠씬 크다). 백혈구의 비정상적인 증식에 비해, 정상적인 혈구 세포의 수는 극히 적어지게 되어 면역기능은 물론 산소 운반이나 영양 공급과 같은 기본적인 혈액의 기능을 수행할 수 없게 된다. 또한 비정상적인 백혈구는 자가 면역 질환과 유사한 반응을 일으켜 정상 조직을 파괴하기도 한다. 방사성 물질을 가까이 할 경우 걸릴 가능성이 높다.
방사성 물질에 노출되면 백혈병에 걸릴 확률이 높아진다.