CML具有特征性的費城染色體（Philadelphia chromosome，ph）t（9；22）（q34.1；q11.21）使9號染色體上的原癌基因c-abl與22號染色體上的bcr基因融合形成bcr-abl嵌合基因，是惡性克隆的基因標志。在CML患者的粒系、紅系、巨核系以及淋巴系均帶有此標志，表明病變發生在造血干細胞水平。該嵌合基因轉錄-8.5Kb的mRNA，編碼-融合蛋白-P210 bcr/abl，該融合蛋白通過抑制白血病細胞的凋亡延遲而在CML發病中起重要的作用。由于是多能造血干細胞的惡性增殖，故粒系、紅系、巨核系等多系受累，急變期可轉變為淋巴細胞白血病。
約85%以上的CML患兒存在Ph1染色體，即t（9；22）。對Ph1染色體陰性者，用分子生物學技術又可分為有bcr重組（Ph-bcr CML）和無bcr重組（Ph-ber-CML）兩亞型。前者臨床癥狀與Ph1染色體陽性者類似，后者臨床癥狀不典型。