Có thể nói sốt rét là bệnh của toàn thân. Ký sinh trùng sốt rét khi xâm nhập vào cơ thể con người sẽ gây nên những tổn thương cho nhiều cơ quan, phủ tạng khác nhau như gan, não, thận, lách, ruột, phổi, máu... kể cả tủy xương.
Tủy xương nằm ở trong các hốc xương dài như xương tay, xương chân; xương dẹt như xương ức, xương chậu...
Tủy xương của người đang còn trẻ là loại tủy tạo huyết, bình thường chúng có màu hơi vàng. Nhìn dưới góc độ mô phôi học, tủy xương là một mô liên kết thưa, giàu mao mạch kiểu xoang và một hệ thống võng với nhiều tế bào võng hình sao, bào tương tỏa ra nối tiếp với nhau như một mạng lưới. Trong các mắt lưới đó có các tế bào thuộc những dòng huyết cầu như dòng hồng cầu, dòng bạch cầu có hạt, dòng tiểu cầu. Ở những người cao tuổi, tủy xương sẽ bị mỡ hóa rồi xơ hóa, tủy có màu xám nhạt.
Khi chọc dò tủy xương trong các trường hợp bị sốt rét cấp tính dù nhiễm bất kỳ chủng loại ký sinh trùng sốt rét Plasmodium nào cũng thấy được dưới kính hiển vi tủy xương có màu đỏ, các xoang mạch sung huyết chứa đầy hồng cầu; các tế bào nội mô mạch to ra, tăng sinh nhiều tế bào võng. Quan sát bằng kính hiển vi quang học thông thường cũng phát hiện được nhiều hồng cầu bị nhiễm ký sinh trùng sốt rét; bào tương của các tế bào nội mô, tế bào võng chứa sắc tố sốt rét.
Đối với những bệnh nhân bị sốt rét dai dẳng do tình trạng tái nhiễm, tái phát bệnh nhiều lần; tủy xương có màu xám lại, nhiều hồng cầu bị phá hủy sản sinh ra hemoglobine; những tế bào võng-nội mô chứa nhiều sắc tố sốt rét. Khi bệnh kéo dài gây thiếu máu nặng, tủy xương có thể bạc trắng do thiếu hồng cầu.
Trong chẩn đoán sinh học để phát hiện bệnh sốt rét, ngoài kỹ thuật xét nghiệm lam máu bằng cách lấy máu ngoại vi của người bệnh; kỹ thuật viên xét nghiệm còn có thể lấy máu tĩnh mạch hoặc tủy xương để tìm ký sinh trùng sốt rét. Dù thực hiện bất kỳ kỹ thuật nào, xét nghiệm viên cần chú ý vấn đề an toàn sinh học vì trong bệnh phẩm có thể có nhiều tác nhân gây bệnh như virus viêm gan B, virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV), ký sinh trùng sốt rét... có khả năng lây nhiễm qua đường máu khi lấy bệnh phẩm. Vì vậy khi lấy bệnh phẩm dù ở máu ngoại vi, máu tĩnh mạch hay tủy xương cần lưu ý ngoài việc phòng ngừa nhiễm khuẩn cho người bệnh, còn phải xem xét khả năng tự lây nhiễm chéo có thể xảy ra để có những biện pháp y tế đề phòng.