CSF检查是诊断CNS-L的最重要手段，常伴颅压升高，即>200mmH2O。CSF常规显示白细胞数>0.005×109/L，以单个核细胞为主，蛋白定性阳性，少数患者糖减少(即低于同时检测的血糖值的1/2)。确诊有待于从CSF涂片中找到白血病细胞，目前推荐CSF自然沉降法制片检查，阳性率较高。应注意腰椎穿刺时应尽量避免损伤血管，因CSF中混血后检出白血病细胞的意义难以肯定。血小板明显减少或白血病细胞浸润导致颅内管破裂，发生脑实质出血或蛛网膜下隙出血，CSF可呈血性，或镜下红细胞明显增多，此时行白血病细胞检查，同样失去意义。
头颅影像学检查，包括CT、MRI，通常无阳性发现，因为白血病细胞呈弥散性浸润，不形成瘤块。