При пересадке костного мозга, больной косный мозгпациента разрушается, и здоровый косный мозг донора вводится в кровеносное русло пациента. При успешной трансплантации, пересаженный костный мозг мигрирует в полости в больших костях, приживается и начинает продуцировать нормальные клетки крови.

Если используется костный мозг, полученный от донора, такая пересадка называется аллогенной, или же - сингенной, если донором является идентичный близнец.

При аллогенной (т.е. не от родственника) пересадке, донорский костный мозг, вводимый пациенту, должен генетически соответствовать его собственному настолько, насколько это возможно.

Для определения совместимости донора и реципиента проводятся специальные анализы крови. 
Если донорский костный мозг недостаточно генетически соответствует тканям реципиента, он может воспринять ткани его организма, как чужеродный материал, атакует и начнет разрушать его. 
Это состояние известно, как реакция "трансплантат против хозяина" (graft -versus-host disease (GVHD)), и может быть опасной для  жизни больного. С другой стороны, иммунная система пациента может разрушить пересаженный костный мозг. Это называется - реакция отторжения (graft rejection).

Существует 35% шанс, что у пациента окажется брат или сестра, чей костный мозг отлично подойдет. Если пациент не имеет подходящих для пересадки родственников, донор может быть обнаружен в международном регистре доноровкостного мозга, или же - может быть использованапересадка не полностью совместимого костного мозга.

В некоторых случаях пациент может быть донором костного мозга сам для себя. Это называется "аутологическая" пересадка, и она возможна, если болезнь, поражающаякостный мозг, находится в стадии ремиссии, или же - когда состояние, требующее лечения, не затрагиваеткостный мозг (например, при раке груди, яичников, лимфогрануломатозе, неходжкинских лимфомах и опухолях мозга).

Костный мозг извлекается у пациента и может быть «очищен», чтобы удалить больные клетки в случае болезней, затрагивающих костный мозг.