巨幼细胞性贫血的最突出表现是其贫血呈大细胞性贫血，血清叶酸和(或)维生素B12低于正常值下限，这是其诊断价值。
由于人体摄入的叶酸或维生素B12不足，或者其需要量增加，比如生长期、妊娠期，以及甲状腺功能亢进、恶性肿瘤患者，对叶酸或维生素B12的需要量增加，或者吸收不良、利用障碍等，均可导致叶酸和(或)维生素B12的缺乏。
如果叶酸和维生素B12缺乏，使得骨髓的造血细胞的DNA合成受抑，细胞核与细胞浆发育不平衡即核成熟障碍，导致核浆发育不平衡。在外周血当中，红细胞的 细胞体积就会增大，显示为大细胞性贫血。
平均红细胞的容量增加，而平均红细胞血红蛋白值及平均红细胞血红蛋白浓度可以正常，也可以增高。而骨髓当中的粒细胞和巨核细胞，也会引起胞体的增大。如果口服叶酸或者注射维生素B12治疗，通常有效。