În cele mai multe cazuri, mielomul multiplu nu este însoțit de tumori precum alte tipuri de cancer. În schimb, prin afectarea ADN-ului în timpul dezvoltării plasmocitelor în măduva osoasă, apare diviziunea necontrolată a acestora. Plasmocitele anormale (sau celulele mielomatoase) generează doar un singur tip de anticorp, cunoscut drept paraproteină sau proteina M (monoclonală), care este constituit și din lanțuri grele și ușoare, însă fără nicio funcție utilă. Anumite grupuri de celule mielomatoase se pot acumula în țesuturile moi, în afara măduvei osoase, formând tumori – acestea sunt cunoscute ca plasmocitomuri.
Producția de celule mielomatoase în măduva osoasă împiedică formarea unui nivel normal de celule sangvine. Împreună cu prezența paraproteinei în sânge și în urină, aceasta este cauza pentru majoritatea simptomelor mielomului. Măsurarea nivelului de paraproteină este utilă pentru diagnosticarea mielomului sau pentru monitorizarea evoluției sale.
La circa 20% dintre pacienții cu mielom, plasmocitele anormale produc numai partea de lanțuri ușoare din structura paraproteinei, iar această afecțiune este cunoscută drept mielom multiplu tip lanț ușor sau mielom multiplu Bence Jones (mielom micromolecular kappa sau lambda). La circa 1% dintre pacienții cu mielom nu sunt produse nici paraproteina, nici lanțurile ușoare – acesta este mielomul nonsecretor (fără secreție de proteină monoclonală).
