1.血象 为大细胞正色素性贫血(MCV>100fl)，血象往往呈现全血细胞减少。中性粒细胞及血小板均可减少，但比贫血的程度为轻。血涂片中可见多数大卵圆形的红细胞和中性和中性粒细胞分叶过多，可有5叶或6叶以上的分叶。偶可见到巨大血小板。网织红细胞计数正常或轻度增高。
2.骨髓象 骨髓增生活跃，红细胞增生明显增多，各系细胞均呈巨幼变型，以红系细胞最为显著。红系各阶段细胞均较正常大，胞质比胞核成熟(核浆发育不平衡)，核染色质呈分散的颗粒浓缩。类似的形态改变亦可见于粒细胞及巨核细胞系，以晚幼和杆状核粒细胞更为明显。
3.生化检查
(1)血清叶酸和维生素B12水平测定：两者均可用放射免疫法测定。血清叶酸的正常范围为2.5～20ng/ml，血清维生素B12的正常范围为200～900pg/ml，由于部分成年人中可有血清维生素B12低于200pg/ml，又因为这两类维生素的作用均在细胞内，而不是在血浆中，巨幼细胞贫血患者中亦有血清维生素B12或叶酸在正常范围的。故此项测定仅可作为初筛试验。单纯的血清叶酸或维生素B12测定不能确定叶酸或维生素B12缺乏的诊断。
(2)红细胞叶酸测定：可用微生物法或放射免疫法测定。正常范围是140～250ng/ml。红细胞叶酸不受短期内叶酸摄入的影响，能较准确地反映体内叶酸的贮备量。<100ng/ml时表示叶酸缺乏。
(3)血清高半胱氨酸和甲基丙二酸水平测定：用以诊断及鉴别叶酸或维生素B12缺乏。血清高半胱氨酸(正常值为5～16µmol/L)水平在叶酸缺乏或维生素B12缺乏是均升高，可达50～70µmol/L。而血清甲基丙二酸水平升高(正常值为70～270nmol/L)仅见于维生素B12缺乏时，可达3500nmol/L。
尿亚胺酰谷氨酸(FlGlu)排泄试验，有助于鉴别诊断。