在造血干細胞移植前，患者須接受一個療程的大劑量化療或聯合大劑量的放療，這種治療稱為預處理（conditioning），這是造血干細胞移植的中心環節之一。預處理的主要目的為：(1)為造血干細胞的植入騰出必要的空間；(2)抑制或摧毀體內免疫系統，以免移植物被排斥；(3)盡可能清除基礎疾病，減少復發。根據疾病和所進行的造血干細胞類型不同，所選擇的預處理方案的側重點各有不同。惡性血液病目前常用的預處理方案有：①Cy/TBI(環磷酰胺+ 全身照射)；②Bu/Cy（馬利蘭+環磷酰胺）；③Bu/Flu（馬利蘭+氟達拉賓）等，尚可在這些基礎方案中增加藥物或調整用藥劑量。在HLA半相合或無關供者造血干細胞移植的預處理方案中通常加用抗胸腺細胞球蛋白或抗淋巴細胞球蛋白。再生障礙性貧血進行異基因造血干細胞移植的預處理方案多選擇大劑量環磷酰胺聯合抗胸腺細胞球蛋白。白血病自體造血干細胞移植可選用上述某種預處理方案，但惡性淋巴瘤自體移植常用的預處理方案為CBV(環磷酰胺+卡莫司汀+ 依托泊苷)或BEAM(卡莫司汀+依托泊苷+阿糖胞苷+美法侖)。多發性骨髓瘤自體造血干細胞移植的預處理方案多選擇大劑量馬法蘭。
根據預處理強度的不同，可分為清髓性預處理和減低劑量的預處理方案。清髓性方案主要通過聯合應用多種化療藥物進行超大劑量的化療，有時配合以放療來達到預處理的目的。這種預處理方式能夠最大限度的清除體內的殘留病灶以減少基礎疾病的復發，但由于毒性作用較大而增加移植相關死亡率。因此對于多數耐受性較好，特別是年輕的惡性疾病患者主張清髓性預處理方案進行造血干細胞移植。經過多年的不斷改進，目前 Cy/TBI和Bu/Cy成為臨床中最為經典的清髓性預處理方案，二者在長期生存率方面沒有明顯的差別，對于急性淋巴細胞白血病患者推薦含有TBI的預處理方案。減低預處理劑量的預處理方案所應用的化療和放療劑量都比較小，其主要目的是抑制受者的免疫反應，便于供者的細胞植入，以形成供受者嵌合體，并通過供者淋巴細胞輸注逐步變為完全嵌合體，發揮移植物抗腫瘤作用。此種預處理方案的毒性作用較小，受者內臟器功能受損較少，主要適用于疾病進展緩慢、腫瘤負荷相對較小、年齡大或重要臟器功能異常而不適合常規移植的患者。減低預處理劑量的預處理方案中的化療藥物主要是免疫抑制作用較強藥物，如氟達拉濱及抗胸腺細胞免疫球蛋白，放療劑量可低至2Gy。由于預處理后殘存的腫瘤細胞較多，免疫抑制作用較弱，可能影響供者干細胞的植入，同時增加了移植后基礎疾病復發的機會。此外，移植后供者淋巴細胞輸注也可能給這類患者帶來更多的移植物抗宿主病等問題，還需要更進一步的探索。