La normale architettura del midollo osseo può essere rovinata da tumori maligni o da infezioni come la tubercolosi, che portano a una diminuzione della produzione di cellule ematiche e piastrine. Inoltre possono sorgere cancri delle cellule progenitrici ematologiche nel midollo osseo: le leucemie. Altre possibili malattie del midollo sono le sindromi mielodisplastiche, il neuroblastoma e l'osteomielite. Anche le radiazioni ed alcuni medicamenti come ad esempio molti citostatici, sulfamidici, antipirina possono provocare danni al midollo osseo. L'esposizione a radiazione o alla chemioterapia uccide molte delle cellule a rapida divisione del midollo osseo, e da ciò consegue un sistema immunitario depresso. Molti dei sintomi della malattia da radiazione sono dovuti a danno delle cellule del midollo osseo.