La greffe de moelle osseuse (et non de moelle épinière) peut être la seule solution dans certains cancers tels que les leucémies ou les lymphomes.

Le donneur peut être un membre de la famille ou une personne non apparentée et anonyme, mais dont la compatibilité génétique a été identifiée par les registres de donneurs. Le prélèvement de moelle chez le donneur s'effectue généralement au niveau du bassin, sous anesthésie générale. Préalablement à sa greffe, le receveur reçoit un traitement détruisant les cellules malignes de la moelle et neutralisant ses défenses immunitaires afin d'éviter un rejet. Il est donc hospitalisé dans des conditions particulières, en milieu protégé des germes. Le patient reçoit les cellules souches de moelle préparée par voie intraveineuse et doit rester à l'hôpital le temps que le greffon « prenne » et que l'immunité se reconstitue.