A anemia megaloblástica é descrita como uma anemia macrocítica e normocrômica devido no eritrograma os valores de VCM ser elevado, HCM e CHCM serem normais, RDW aumentado e os reticulócitos diminuídos. 

No leucograma observa-se a presença de neutrófilos hipersegmentados diferenciando da anemia macrocítica não megaloblástica.

A hipersegmentação dos neutrófilos é o sinal da disfunção da granulopoese, aparecendo sempre após a macrocitose, regredindo imediatamente após início do tratamento.

O esfregaço sanguíneo apresenta alterações eritrocitárias como macro-ovalócitos, e graus extremos de anisocitose e poiquilocitose com esquistócitos, dacriócitos, corpúsculos de Howell-Jolly, anel de Cabot, eritroblastos e até megaloblastos, conforme o grau da anemia.

No hemograma há pancitopenia decorrente da concentração diminuída de hemácias, leucócitos e plaquetas sendo que com a cronicidade da doença aumenta-se a gravidade da anemia megaloblástica.