L’eziologia di questo tipo di leucemia non è nota, comunque è stato ipotizzato che una espansione delle cellule leucemiche CD 3+ possa procedere per fasi successive. Le cellule leucemiche della LGLL-T mostrano tutte le caratteristiche di linfociti T attivati dall’antigene, suggerendo che la fase iniziale della espansione dei LGL sia conseguente alla stimolazioni antigenica virale o da parte di autoantigeni. L’ipotesi eziopatogenetica prevalente è che uno o più antigeni virali o autologhi, ancora da identificare, inneschi l’espansione iniziale di linfociti citossici che poi viene perpetuata nel tempo dalla sovraregolazione di diverse vie di segnalazione cellulari, prima fra tutte la via JAK/STAT
Al microscopio ottico, rispetto ai piccoli linfociti, i LGL hanno dimensioni maggiori, un rapporto nucleo-citoplasmatico più basso, citoplasma più abbondante e pallido che contiene un numero variabile di granuli azurofili; il nucleo ha in genere contorni rotondeggianti ma può essere indentato