現已明確90%以上的病例存在染色體異常，是一種有特異性染色體異常的血液腫瘤。其染色體異常發生于第9號和第22號染色體的長臂斷裂，二個斷裂的染色體隨之平行交叉易位，形成一個異常的染色體，遺傳學的正式符號為t(9;22)。由于這種異常染色體首先由美國費城的學者發現，故國際上以費城的英文名前二個字母Ph命名，稱為Ph染色體。
每個染色體由一連串基因組成，每個基因都擔負著一定的特殊功能，人體的每一個器官的各種功能均由自身相應染色體上對應的基因所控制。同樣，每一種造血細胞的增殖也由相應染色體對應的基因所控制。上述形成的Ph染色體的正常基因結構被破壞，而形成一種融合基因，稱為BCR-ABL。每一種基因決定其表達后形成的蛋白的特性，BCR-ABL融合基因表達后形成一種稱為P210的蛋白，其有很強的酪氨酸激酶活性。此種激酶控制著造血干細胞的增殖，當酶活性過強時，導致造血干細胞增殖失控，具體為造血干細胞分化形成的髓細胞系增殖失控，造成和髓細胞系有關的各種造血細胞高度增殖，最終發生慢性髓細胞白血病。Ph染色體形成的確切原因目前尚不清楚，只觀察到20世紀40年代日本原子彈爆炸地居民中慢性髓細胞白血病的發病率明顯增高；國內調查發現長期從事放射科工作的醫務人員中本病的發病率也高于正常人群，故推測放射線（即輻射）可能損傷了染色體，致Ph染色體形成，從而發展為慢性髓細胞白血病。