En forma clásica, los pacientes muestran hemoglobinuria episódica, por lo cual su orina es color pardo rojizo. La hemoglobinuria se advierte más a menudo en la primera orina matutina, porque disminuye el pH sanguíneo durante el sueño, lo cual facilita la hemólisis. Además de la anemia, estos pacientes muestran predisposición a presentar trombosis, en particular en las venas mesentéricas y hepáticas, en venas del sistema nervioso central (sagital) y en vasos de la piel (con formación de nódulos dolorosos). Como se trata de un trastorno de células madre hematopoyéticas, la PNH puede surgir de novo o aparecer en el marco de anemia aplásica con evolución posible a mielodisplasia o leucemia mieloide aguda (AML, acute myeloid leukemia). Es frecuente que los pacientes con anemia aplásica idiopática tengan una pequeña clona PNH (menor del 2%) en el análisis sanguíneo o de la médula ósea; esto no debe considerarse PNH verdadera per se, sobre todo en ausencia de reticulocitosis o trombosis.
La anemia presenta variabilidad en su intensidad y frecuencia, de tal forma que en un momento particular puede haber o no reticulocitosis. Las anomalías en el frotis de sangre no tienen carácter diagnóstico y pueden incluir la presencia de macroovalocitos y policromasia. Como la hemólisis episódica más bien es intravascular, la detección de hemosiderina en la orina constituye un dato útil. De manera característica hay una mayor concentración sérica de lactato deshidrogenasa. En general existe ferropenia por la pérdida de hierro crónica, causada por la hemoglobinuria.
Puede haber un menor número de leucocitos y de plaquetas, situación que acaece siempre en el marco de la anemia aplásica. El mejor método de detección inicial es la citometría de flujo de los granulocitos sanguíneos para demostrar la deficiencia de CD55 y CD59. La proporción de eritrocitos con deficiencia de estas proteínas podría ser baja debido a la destrucción continua de los eritrocitos afectados. El método de proaerolisina marcada con fluoresceína (FLAER, fluorescein-labeled proaerolysin) por medio de citometría de flujo es todavía más sensible. La morfología de médula ósea es variable y puede mostrar hipoplasia generalizada, o hiperplasia eritroide o ambos cuadros. El cariotipo medular puede ser normal o mostrar lo referente a alguna anomalía clonal.