恶性贫血可作血液、骨髓、生化等实验室检查。

血液检查：贫血常较显著，属大细胞、正常色素型。红细胞平均体积(MCV)大多在110～140f l间，平均血红蛋白浓度(MCHC)30%～35％。由于大红细胞较多，平均血红蛋白量(MCH)多增高至33～38pg，但如同时缺铁，则可以较低。网织红细胞绝对减少，低于1％，但亦可以正常或增至2%～3％。血片中红细胞大小不匀很明显，但以大者居多，正常和小者亦有；形状很不规则，很多细胞呈卵圆形或各种不规则形。多染性和嗜碱性点彩细胞均增多。可见到 Howell-Jolly小体，少数有核红细胞，偶见巨幼细胞。白细胞计数常减少至3000～4000/μl 。中性粒细胞分叶增多，4叶以上者多见。偶见中幼粒细胞，嗜酸粒细胞可稍增多。血小板计数减少，血小板可变大或形状不规则。

骨髓检查：骨髓呈暗红色，有核细胞量极丰富，红系细胞明显增多，粒系细胞增生也很活跃。粒∶红比例降至1∶1。最突出的变化为巨幼细胞的出现，其中很多是原巨幼细胞。可以见到较多畸形的有丝分裂。粒系细胞和巨核细胞也都有巨幼样变化。

骨髓铁染色显示碎粒中铁颗粒增多，铁粒幼细胞也增多，所含铁小粒增多增大。如果患者同时有缺铁，两者可能都消失。但更多见的是在未治疗时，骨髓碎粒中铁颗粒并不减少；而在治疗后，由于大量铁被用来合成血红蛋白，于是碎粒中的铁颗粒和铁粒幼细胞均消失。

生化检查：血清间接胆红素常轻度增高，血清结合珠蛋白浓度降低，血清维生素B₁₂浓度明显降低。血清叶酸大多正常，也可增高或减低；红细胞内叶酸常减低。血清铁浓度及转铁蛋白饱和度均增高，治疗后很快降低。血清乳酸脱氢酶常增高，有时可以很显著。

尿及粪中尿胆原的排泄量增多。尿内甲基丙二酸的排出量显著增多。

胃液分析显示游离盐酸消失，即使在注射组织胺或氨乙吡唑后亦不出现。胃液分泌量及所含酶均减少。