在進行移植前，為根除患者的造血組織和癌變的細胞，會使用超過致死劑量的大量抗癌劑，并進行放射線照射，如全身放療。這稱為前處置，由于患者的造血功能被完全破壞，期后必須進行移植，否則患者將會死亡。之后，將捐獻者的骨髓液（造血干細胞）透過靜脈注射。雖然稱為移植，但并不進行外科手術式的操作。如移植順利，2周左右，注入的造血干細胞將會生長，并制造正常的血液，前后約3個月可出院 。但若出現重度移植物對抗宿主疾病則將危及生命，適度的話將可攻擊殘存的癌變細胞，降低再發病的可能性，所以免疫控制很重要。然而，即使移植本身成功，發生并發癥導致生命危險的可能性亦較高。此外，現在已有所謂“微移植”，即不完全破壞患者的造血功能，而是只進行免疫控制，使捐獻者的造血干細胞不被拒絕，這方法使無法適應常規移植的患者也可以進行移植。
移植產生的血型變化
如果接受ABO式血型不同的捐獻者的骨髓移植，由移植來的造血干細胞制造血液，最終會變成與捐獻者相同的血型。此外，血液細胞的染色體，DNA也將變成捐獻者的。這是因為對于骨髓移植而言重要的白血球血型“HLA型”與紅血球的血型“ABO式”無關，移植并無必要令ABO式血型一致。
后遺癥及其課題
由于移植的前處置，施用了超過致死量的大量抗癌藥物并進行放射線照射，做為其后遺癥，兒童可能發生發育障礙，此外男女都會有很高可能永久性不育。在曾經是“不治之癥”的血液難病患者亦有很多透過造血干細胞移植治愈的事例的今天，不僅是拯救生命，其后的生活質量(QOL)亦被認為應受到重視。有關不育的問題，男性患者可在移植前采集并冷凍精子，女性患者可在移植前處置的放射線照射時遮蔽卵巢，以及曾經是困難的卵子冷凍保存近年也可以進行了（但是，接受移植治療的女性患者康復后使用冷凍未受精卵成功妊娠、生育的可能性是未知數）。盡管與患者生存希望相關，以某種形式保存生殖能力的重要性仍被訴求。然而，現實中無法拖延而不得不優先治療的事例很多。