Лімфоцити при ХЛЛ мають абсолютно характерний імунофенотип. Вони експресують на своїй поверхні антигени CD19, CD5, CD23, також відзначається слабка експресія на поверхні клітин імуноглобулінів (експресуються IgM, нерідко одночасно з IgD) та антигенів CD20 та CD22.
Насамперед призначаються аналізи крові. Про хронічне лімфолейкозі каже значне збільшення кількості В-лімфоцитів до 5×109/л або більше. Для підтвердження діагнозу ХЛЛ при виявленому лімфоцитозі проводиться імунофенотипування.
При гострий лімфолейкозі в крові можуть бути виявлені лімфоцити різного ступеня зрілості – від лімфобластів до зрілих клітин. При хронічному лімфолейкозі лімфобласти зазвичай відсутні в крові. Характерною ознакою хронічного лейкозу є виявлення у мазку крові клітин (або тіней) Боткіна – Гумпрехта.