La patogénesis de esta enfermedad es poco conocida y su asociación con HTLV-1 es controvertida. La histología es similar a la encontrada en la micosis fungoide; existen infiltrados dérmicos y epidérmicos de linfocitos T cerebriformes en la sangre. Cuando las
células neoplásicas tienen un núcleo pequeño
involucionado se denominan células de Lutzner y las grandes células, de Sézary, pero también puede haber una mezcla de ambas.

Los criterios hematológicos para el diagnóstico del síndrome de Sézary son:

• 1,000 células de Sézary
• Tasa elevada de CD4/CD8
• Incremento de la proporción de CD4 positivo
• Rearreglo clonal del receptor de las células T