成人正常白細胞數在0.01×109個/L以下（早產兒及新生兒在0.03×109個/L以內），但多核白血球不應超過5個，主要為小、中淋巴細胞。當腦膜有刺激性或炎性病變時，腦脊液的白血球計數即可增多。故中樞神經系統感染性病變時，有多核或單核細胞的不同程度的增高；各種腦部腫瘤特別是臨近腦膜、腦室或惡性者，也有白血球的增多。
使用特殊的腦脊液細胞離心沉淀器，將濃集于玻片上的細胞給以各種染色，還可細致觀察到細胞的形態改變，大大提高了診斷效果，如嗜伊紅細胞增高提示有中樞神經系統寄生蟲病；內有含鐵血黃素的吞噬細胞提示腦脊液中有陳舊出血等。此外，還可直接觀察到腫瘤細胞和寄生蟲卵等，以及對細胞進行免疫功能的研究。