По форме и структуре ядра, распределению хроматина и отсутствию цитоплазматических включений волосатые клетки сходны с лимфоцитами. В то же время по размерам (около 12 мкм) и наличию своеобразных цитоплазматических отростков они напоминают моноциты или ретикулярные клетки. Только небольшая часть волосатых клеток, обнаруживаемых в крови, находится в S-фазе клеточного цикла. В большинстве патологических клеток (в G0- и Сгфазе) отмечено гипердиплоидное содержание. Волосатые клетки характеризуются высоким уровнем устойчивой к ионам тартрата кислой фосфатазы (изоэнзим 5), которая локализуется в вакуолях. Липиды, пероксидаза и щелочная фосфатаза в волосатых клетках не выявляются, а PAS-реакция варьирует у отдельных больных от отрицательной до слабо положительной. Волосатые клетки отличаются характерной картиной локализации продукта цитохимической реакции на кислую неспецифическую эстеразу – в виде четких гранул различной величины, расположенных полукругом в цитоплазме. Подобная реакция наблюдается при определении активности неспецифической а-нафтилацетатэстеразы при нейтральных значениях рН, что отличает волосатые клетки от моноцитов. Активность терминальной дезоксинуклеотидилтрансфера-зы (Тдт) при волосатоклеточном лейкозе значительно ниже, чем в незрелых Т-клетках. Таким образом, морфологические и цитохимические признаки волосатых клеток как будто свидетельствуют об их лимфоидной природе.
Фагоцитоз волосатыми клетками частиц латекса, зимозана, нейтрального красного и бактерий, повышенная способность к прилипанию к пластику и нейлоновой вате сближает их с клетками моноцитарно-макрофагального ряда. Но в отличие от клеток системы мононуклеарных фагоцитов волосатые клетки не способны вырабатывать лизоцим и трансформироваться в макрофаги.