中枢神经系统白血病是白血病细胞浸润到中枢神经系统引起的病变。其发生主要与白血病细胞的生物学特性有关，比如白血病细胞具有向中枢神经系统迁移的倾向。有研究表明，约有5% - 30%的急性淋巴细胞白血病患者在确诊时就已经存在中枢神经系统受累，而在急性淋巴细胞白血病患者经过诱导缓解治疗后，中枢神经系统白血病的发生率可进一步升高。
白血病细胞的生物学特性相关原因
白血病细胞的迁移能力：白血病细胞表面存在一些特殊的分子标记，使得它们能够突破血 - 脑屏障进入中枢神经系统。正常情况下血 - 脑屏障可以阻挡大部分物质进入中枢神经系统，但白血病细胞可以通过与血 - 脑屏障上的细胞相互作用，改变自身的结构和特性，从而穿越血 - 脑屏障到达中枢神经系统，在那里增殖并引发病变。白血病细胞的增殖特性：白血病细胞本身具有不受控制的增殖能力，当它们进入中枢神经系统后，会在这个相对封闭的环境中继续增殖，逐渐占据中枢神经系统的空间，破坏正常的神经组织结构和功能，导致中枢神经系统白血病的一系列临床表现，如头痛、呕吐、视力障碍等。
治疗相关因素
化疗药物无法完全清除中枢神经系统内的白血病细胞：在白血病的常规化疗过程中，虽然全身应用了化疗药物，但由于血 - 脑屏障的存在，一些化疗药物难以有效地进入中枢神经系统达到足够的药物浓度来完全杀灭已经进入中枢神经系统的白血病细胞。例如，某些常用的化疗药物在中枢神经系统内的分布浓度较低，不能对中枢神经系统内的白血病细胞起到彻底杀伤的作用，使得残留的白血病细胞有机会在中枢神经系统内增殖，进而发展为中枢神经系统白血病。诱导缓解治疗后的残留白血病细胞：在急性白血病患者经过诱导缓解治疗后，体内仍可能存在少量的残留白血病细胞，这些残留细胞有可能迁移到中枢神经系统并在那里定植、增殖。即使全身血液中的白血病细胞数量已经大幅减少，但中枢神经系统内的微环境适合这些残留细胞的存活和增殖，从而增加了中枢神经系统白血病发生的风险。
疾病本身的特点
急性淋巴细胞白血病的易感性：急性淋巴细胞白血病相对其他类型的白血病更容易并发中枢神经系统白血病。这是因为急性淋巴细胞白血病细胞更倾向于向中枢神经系统浸润。与急性髓系白血病相比，急性淋巴细胞白血病细胞表面的一些分子使得它们与中枢神经系统的亲和力更高，所以急性淋巴细胞白血病患者发生中枢神经系统白血病的几率明显高于急性髓系白血病患者。据统计，急性淋巴细胞白血病患者中枢神经系统白血病的发生率显著高于急性髓系白血病患者。白血病的病程阶段：在白血病的不同病程阶段，中枢神经系统白血病的发生风险不同。在白血病的早期诊断时，部分患者就已经存在中枢神经系统的微小病变，而在疾病的缓解期，如果没有进行有效的中枢神经系统预防治疗，疾病复发时中枢神经系统白血病的发生风险会大大增加。例如，在白血病缓解后，随着时间的推移，中枢神经系统内残留的白血病细胞可能会逐渐增殖，当达到一定数量时就会出现中枢神经系统白血病的临床表现。