巨型改變以幼紅細胞系列最顯著， 具特徵性， 稱巨幼紅細胞系列。 巨幼紅細胞形態巨大， 核染質疏鬆， 呈點網狀結構。 巨原紅細胞核仁大而藍， 巨晚幼紅細胞核染質濃集差， 核常靠邊緣可呈分葉狀， 漿內充滿血紅蛋白。 成熟紅細胞巨大而厚， 常呈卵圓形， 缺乏中心蒼白區， 並伴大小不等、嗜多色性或含有嗜鹼性點彩、卡波氏環或豪-膠小體等。
巨型改變也見於粒和巨核細胞系列， 尤以晚幼粒細胞為突出。 晚幼粒和杆狀核粒細胞形態巨大， 核形腫大， 畸形， 核染質疏鬆， 胞質中顆粒較粗， 稱巨晚幼粒和巨杆狀核粒細胞。
骨髓呈增生象， 但血象為全血細胞減少， 其主要病理生理改變為無效性紅細胞、粒細胞和血小板生成， 稱為髓內溶血。 巨幼細胞和大型紅細胞的生存期均較正常為短， 可出現血清膽紅素增高、結合珠蛋白降低、乳酸脫氫酶增高， 特別是LDH1和LDH2（來自幼紅細胞）增高。 血清溶菌酶增高反映幼粒細胞的破壞。
維生素B12還參與神經組織的代謝。 維生素B12缺乏， 蛋氨酸合成減少， 後者導致膽鹼和含磷脂的膽鹼合成障礙， 並且由於腺甙鈷胺缺乏， 導致大量甲基丙二醯輔酶A及其前身丙醯輔酶A的堆積。
