Le diagnostic de leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) chez le patient mentionné ci-dessus est posé sur la base de l'examen physique, des symptômes et des examens de laboratoire demandés en conséquence. Pour l'expliquer par un algorithme, on demande d'abord une numération sanguine, c'est-à-dire une analyse qui évalue le nombre de globules blancs (leucocytes), d'hémoglobine et de plaquettes. Si ces valeurs suggèrent une suspicion de leucémie aiguë, un frottis périphérique est réalisé pour rechercher la présence de cellules leucémiques appelées «blastes». Avec ou sans observation de cellules leucémiques, si le doute persiste quant à une leucémie aiguë, une biopsie de la moelle osseuse est effectuée. Ceci permet à la fois un examen pathologique et la réalisation d'analyses génétiques/moléculaires pouvant être liées à une leucémie aiguë lymphoblastique (LAL), ainsi que des tests de cytométrie en flux, qui mettent en évidence les antigènes de surface des cellules leucémiques. Le diagnostic est précisé par l'ensemble de ces tests.

Un taux de blastes supérieur à 20 % dans la moelle osseuse et la confirmation de leur nature de lymphoblastes par cytométrie en flux permettent de poser le diagnostic. Les tests génétiques permettent de déterminer le sous-type génétique de la leucémie aiguë lymphoblastique et de mettre en évidence certaines caractéristiques génétiques influençant l'évolution de la maladie, contribuant ainsi à la définition du traitement. Au moment du diagnostic, le taux de blastes est supérieur à 90 % chez plus de la moitié des patients.