In caso di sospetto di leucemia linfatica cronica si inizia con un esame del sangue, l'emocromo completo. Consente, prelevando una piccola quantità di sangue da una vena del braccio, di misurare la quantità dei diversi tipi di cellule presenti nel sangue: in caso di LLC, il numero dei linfociti risulta aumentato ed anche il rapporto tra le varie popolazioni di globuli bianchi (inversione della formula leucocitaria). Inoltre si può osservare diminuzione di globuli rossi e di piastrine. Poiché la quantità di linfociti nel sangue può aumentare anche in presenza di altre malattie (infezioni virali), per confermare la diagnosi di LLC, si fa un'analisi denominata immunofenotipica,  che permette l'identificazione sulla membrana di questi linfociti, di particolari proteine assenti su linfociti normali. 