С точки зрения патофизиологии, апластическая анемия — группа заболеваний, а не нозологическая единица. Клинические и экспериментальные данные свидетельствуют о резком снижении в костном мозге численности популяции нормальных стволовых клеток, приводящем к дефициту созревающей («транзиторной») клеточной популяции. При культивировании костного мозга таких больных обнаруживается, что его способность образовывать гранулоцитарные и эритроидные колонии (КОЕ-ГМ и БОЕ-Э) значительно снижена. Однако данные опытов на животных свидетельствуют, что мыши могут длительно жить при снижении численности популяции стволовых клеток до 1 % от нормального уровня. Возможно, в некотрых случаях нарушается также пролиферация или созревание стволовых клеток и их наиболее ранних потомков. В костном мозге больных АА наблюдаются отчетливые морфологические признаки аномального остаточного кроветворения. Другая возможность заключается в том, что поврежденное стромальное окружение («окружение, индуцирующее кроветворение») теряет способность поддерживать нормальное кроветворение. Известно, что рентгеновское облучение повреждает синусоидальные сосуды костного мозга, а также стволовые кроветворные клетки; было высказано предположение, что такие же эффекты могут быть вызваны аутоиммунными процессами. Тот факт, что трансплантация костного мозга излечивает значительный процент более молодых больных АА, необязательно доказывает, что ведущим нарушением является простой дефицит стволовых клеток, поскольку с трансплантатом переносятся сосудистые и другие стромальные клетки, например макрофаги и жировые клетки.