Наиболее очевидной особенностью больных миеломой является аномальное количество и качество плазматических клеток. Обычно плазматические клетки составляют более 15%, а клетки миеломы появляются в непропорциональном количестве. Типичные опухолевые клетки — это незрелые, плохо дифференцированные плазматические клетки с многоядерной округлой или неправильной морфологией, с инвагинированными ядерными мембранами и вакуолями внутри ядра; дрожжевые клетки обычно наблюдаются в хирургических случаях, а дрожжевая миелома является независимым показателем плохого прогноза. Патоморфологически в костном мозге и экстрамедуллярных тканях плазмацитомы могут выглядеть как узелковые или саркоматоидные разрастания. Биопсия костного мозга более показательна для определения степени инфильтрации костного мозга плазматическими клетками, чем фотографии костного мозга.