骨髓產生血細胞取決於有足夠數量功能正常的幹細胞， 幹細胞必須能反復自我增殖更新以保持其恒定數量， 同時又能向粒、紅、巨核細胞各系統分化， 從而不斷形成大量成熟血細胞。
幹細胞缺乏或功能缺陷是再生障礙性貧血的原因。 如嚴重再生障礙性貧血患者的骨髓造血幹細胞培養顯示， 定向細胞減少， 提示多能幹細胞減少或功能障礙。 許多再生障礙性貧血患者骨髓移植成功， 提示骨髓的缺陷能夠通過植入正常骨髓幹細胞得以矯正， 因此， 幹細胞缺乏或缺陷是這種貧血最常見的原因。
多能幹細胞在特定的微環境條件下增殖更新。 再生障礙性貧血也可能由於骨髓造血微環境缺陷造成。 實驗表明骨髓基質或微環境在血細胞增殖和成熟中很重要。 如除非從正常骨髓獲得貼壁細胞層， 否則在長期培養中幹細胞將不生長。 骨髓移植成功亦不排除微環境異常， 因微環境的幹細胞是可移植的， 骨髓微環境缺陷導致幹細胞功能不足引起全血細胞減少， 此型居少數。
骨髓基質細胞能夠產生造血生長因數， 如GM-CSF等， 它把這些造血生長因數供給祖細胞， 但再生障礙性貧血時調節造血的因數， 如血和尿中的促紅細胞生成系增加， 故再生障礙性貧血的發生可能並非由於這些因數的減少。
再生障礙性貧血也可能是細胞或體液免疫對造血繃矓抑制的結果。
