Il rilevamento all'emocromo delle anomalie precedentemente descritte, induce generalmente all'esecuzione di uno striscio periferico, che mostra l'intera gamma di precursori; talvolta sono anche presenti blasti, che nella fase cronica sono per definizione minori del 10% della popolazione leucocitaria. Benchè la grande maggioranza degli elementi cellulare siano i neutrofili o i loro progenitori, sono spesso presenti eosinofilia e basofilia di grado variabile. Anche le piastrine presentano anomalie (piastrine giganti ad esempio), così come gli eritrociti , caratterizzati da anisopoichilocitosi.Infine, l'uricemia e l'LDH sono aumetati, in conseguenza dell'ipercatabolismo.L'aspirato e la biopsia osteomidollare mostrano caratteristicamente una proliferazione trilienare, con prevalenza granulocitaria. Soprattutto nelle fasi avanzate, è frequente il riscontro di fibrosi.Momento fondamentale nella diagnosi di CML è la ricerca di BCR-ABL. In primo luogo viene effettuata una indagine citogenetica, con metodi convenzionali o FISH (ibridazione fluorescente in situ), alla ricerca del cromosoma Philadelfia. Questa risulta positiva in circa il 90% dei casi. Inoltre viene ricercato il trascritto (ossia l'mRNA) del gene di fusione, tramite PCR qualitativa e quantitativa (RT-PCR), dopo aver effettuato la retrotrascrizione.Poco meno del 10 % dei pazienti non presenta il cromosoma Philadelphia, ma è positivo per la ricerca del trascritto. Solo una piccola percentuale di casi è negativa sia per la ricerca del gene ti fusione sia per il trascritto; se il paziente presenta però tutte le caratteristiche precedentemente elencate, e vengono escluse altre forme di MPN, viene diagnosticata la leucemia mieloide cronica atipica (aCML), che, come evidenziato anche nella classificazione WHO, ha alcune caratteristiche proprie delle mielodisplasie, e tendenzialmente una prognosi peggiore.