A medula óssea é o órgão produtor das células sanguíneas. Até os cincos anos de idade, a medula de todos os ossos do corpo participa desse processo. À medida que os anos avançam, ocorre uma substituição gordurosa na medula dos ossos longos até que, na idade adulta, somente os ossos da pelve (como o ilíaco), o esterno, os ossos do crânio, os arcos costais, vértebras e as epífises femorais e umerais são capazes de gerar células sanguíneas.
Todos os elementos do sangue (hemácias, plaquetas e leucócitos) originam-se de uma única célula progenitora, denominada de célula tronco (stem cell) ou célula totipotente. Inicialmente, a célula tronco se diferencia em dois tipos celulares, cada um comprometido com a formação de uma grande linhagem hematológica: a linhagem mielóide – que dará origem às hemácias, plaquetas, granulócitos e monócitos – e a linhagem linfóide – que dará origem aos linfócitos. A célula progenitora mielóide se diferencia em mais dois tipos: um comprometido com a formação de hemácias e plaquetas (linhagem eritroide-megacariocítica) e a outro comprometido com a formação de granulócitos e monócitos (linhagem granulocítica-monocítica). O precursor eritroide-megacariocítico finalmente se diferencia em, dando origem aos progenitores eritroides (os eritoblastos) e aos progenitores da linhagem megacariocítica (os megacarioblastos). Cada eritoblasto sofre um processo de maturação, transformando-se no final em uma hemácia (ou eritrócito). Cada megacarioblasto origina um megacariócito, célula grande, multinucleada, de cujo citoplasma se desprenderão várias plaquetas.
O precursor granulocítico-monocítico finalmente se diferencia nos progenitores granulocíticos (os mieloblastos) e monocíticos (os monoblastos). Existem três tipos de mieloblasto, cada um originando um dos três tipos de granulócito: neutrófilo, eosinófilo ou basófilo. O monoblasto dá origem ao monócito. Esta célula transforma-se em macrófago (histiócito) quando penetra no tecido conjuntivo dos tecidos.
A célula progenitora linfóide se diferencia em dois tipos celulares: um comprometido com a formação dos linfócitos B e outro comprometido com a formação dos linfócitos T. O precursor B, ou célula pré B, origina o linfócito B maduro na própria medula óssea, enquanto que o precursor T caminha através da corrente sanguínea até o timo, onde termina a sua maturação em linfócito T maduro. Os linfócitos maduros (tanto B como T) irão se concentrar nos tecidos linfóides do organismo (linfonodos, baço e MALT – tecido linfóide associado à mucosa).
A vida média de uma hemácia gira em torno de 120 dias. As plaquetas vivem cerca de 7-10 dias e os granulócitos 6-8 horas. Os linfócitos possuem uma vida média prolongada, algumas vezes de muitos anos.