白血病的病因尚未闻明，一般认为人类白血病的发生与物理，化学和生物等因素有关，现在的研究显示，白血病的形成应是多重性打击产生，人基因改变与外来因素影响。如放射、病毒等，对骨髓细胞造成破坏，产生异常的克隆，细胞不能分化成熟，而呈现不受控制地成长，可能引起儿童白血病的因素有以下几个方面。
（一）病毒感染已证实某些动物如鸡、小鼠、猫和长臂猿等自发白血病组织中可分离出白血病病毒，在人类成年人的T细胞白血病与人类T细胞白血病毒是有关的，但到目前为止，没有研究能证明，哪一种病毒与儿童白血病有确切关系。
（二）环境因素，已证实电离辐射可引起白血病，日本广岛、长崎先后爆炸原子弹，两地白血病的发生率分别是未遭受辐射地区的30倍和17倍，而孕妇在妊娠初期，接受过放射辐射，出生儿童患白血病的机会增加5倍，但出生后接受放射学检查，尚无证据显示能引起儿童白血病，但大剂量的放射治疗，是可导致肿瘤的发生，许多能引起骨髓毒性的化学物都有可能导致白血病发生，如抗癌药等，还有包括笨，杀虫剂、重金属等，近年来在探讨的另一原因，是电磁场的影响，但最近的一些大型研究显示，电磁场不会引起儿童白血病。
（三）白血病与遗传的关系，调查发现有些家庭内发生多个白血病，或几代人多人患病等，说明白血病的遗传因素可能有在于这些家系中，但也不能忽视环境因素的作用，因这些家系中近亲所处环境基本相同，现在一般认为，一个家系中发生多个白血病，是由于内因及环境因素共同作用的结果。同时对双胎儿白血病的研究也认为，双胎儿无论胎内或生后均处于同样环境中，环境因素对发病也有一定的意义，因此双胎儿同患白血病不能就认为是遗传所致。
（四）免疫功能缺陷，近年来，注意到某些先天性疾病中，特别是免疫缺陷的人白血病的发生率较普通人群要高，以上遗传性疾病有染色体的异常，亦有基因突变者，当一些突变的白细胞产生，而患者的免疫系统不能将其清除，这些不受控制地细胞不断地生长，从而发展为白血病。