L'anatomie et l'histologie de la moelle sont dominées par sa fonction essentielle : elle est le site de l'hématopoïèse depuis la fin de la vie foetale. Chez l'enfant, la totalité de la moelle osseuse est hématopoïétique; mais durant l'enfance, il se produit une transformation adipeuse progressive de la moelle des os longs, de telle sorte que chez l'adulte la moelle hématopoïétique active est confinée dans le squelette central et dans les extrémités proximales du fémur et de l'humérus : même dans ces territoires hématopoïétiquement actifs, approximativement 50 % de la moelle est formée de graisse. La moelle adipeuse est capable d'une reconversion à l'hématopoïèse et dans de nombreuses maladies, il se produit aussi une expansion de l'hématopoïèse dans les os longs. L'hématopoïèse médullaire est extravasculaire : les cellules en cours de différenciation sont localisées en dehors des sinus de la moelle. Les cellules matures sont libérées en traversant la paroi des sinusoïdes pour gagner la microcirculation médullaire. La production régulée des cellules sanguines dépend des interactions entre les cellules souches progénitrices hématopoïétiques et les différents constituants du stroma médullaire. Bien que non évident sur les coupes histologiques, ce stroma forme un microenvironnement adapté à la croissance des cellules souches et à la différenciation hématopoïétique. Il est composé de cellules stromales (fibroblastes, adipocytes, ostéoblastes), d'un réseau microvasculaire (cellules endothéliales), et de leurs produits (matrice extracellulaire et facteurs de croissance hématopoïétiques). La cellule stromale fibroblastique exprime la fibronectine, le collagène de type III, mais non le facteur VIII et l'antigène épithélial membranaire (EMA) (marqueurs des cellules endothéliales). Les cellules stromales paraissent être d'origine mésenchymateuse se différenciant vers un type cellulaire proche des cellules musculaires lisses des parois vasculaires. Les molécules d'adhésion cellulaire jouent un rôle essentiel dans les interactions entre les cellules stromales et hématopoïétiques médullaires ainsi que dans le trafic cellulaire à travers l'endothélium : les molécules VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) et VLA-4 (very late antigen-4) sont impliquées dans la régulation du trafic cellulaire entre la moelle et le courant sanguin. La caractérisation de la structure histologique du stroma médullaire peut être intéressante dans la compréhension de différentes hémopathies.

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