T-celler oppstår fra umodne prekursorceller med utseende som lymfoblaster i thymus. I thymus får T-cellene sin antigenspesifikke T-celle reseptor, oftest av alfa/beta kjeder og sjeldnere av gamma/ delta kjeder. Etter dette migrerer T-cellene til blod og lymfoid vev som naive T-celler. I det sekundære lymfoide vev stimuleres T-cellene av antigen. Funksjonelt er det to hovedklasser av perifere T-celler. Det er såkalte T-hjelpe celler (uttrykker CD4) og T-cytotoksiske (drepe) celler (uttrykker CD8). T-hjelper celler inndeles videre i TH1 and TH2 celler i h.h.t. deres cytokinsekresjonsmønster. TH1 celler er T-celler som hjelper andre T-celler eller makrofager med modning og cellulære immunresponser. TH2-celler er T-celler som hjelper B-celler til å bli antistoffproduserende celler. T-drepe/killer celler er viktige i forsvaret mot virus. Selv om dette er viktig for immunologien, kan disse ulike funksjonelle typene av T-celler ikke med letthet korreleres til T-celle lymfomklassifikasjonen. Selv vel-definerte T-celle lymfomer som mycosis fungoides, kan enten oppstå fra en T-celle som uttrykker CD4 (som i de fleste tilfeller) eller CD8.

Prekursor T-lymfoblastisk leukemi/ lymfoblastisk lymfom stammer fra umodne prekursor T-lymfoblaster i thymus eller benmargen. De øvrige T-celle neoplasier stammer fra modne post-thymiske T-lymfocytter. T-celle lymfomer viser stor morfologisk variasjon, også innenfor hver subgruppe. Ulikt B-celleneoplasier, er de fleste perifere T-celle lymfomer ikke assosiert med spesifikke immunfenotypiske profiler. De har heller ikke anvendbare immunfenotypiske markører for monoklonalitet. Derfor er det ofte nødvendig å gjøre genetiske studier, som regel PCR-studier av rearrangerte T-celle reseptor gener, for å påvise monoklonalitet. Her er det således en fordel å ha ufiksert dypfryst vev, selv om slike undersøkelser også nå kan utføres på parafininnstøpt materiale. Det er ikke påvist spesifikke genaberrasjoner for de fleste T-celle lymfomer. Et av de få unntakene er systemisk anaplastisk storcellet lymfom som er sterkt assosiert med t(2;5) og som fører til økt ekspresjon av en tyrosin kinase (alk).

Viruset HTLV-1 er assosiert med adult T-celle lymfom/leukemi i Japan og på de Karibiske øyer, og er sannsynlig vesentlig i patogenesen ved dette T-celle lymfomet. For øvrig kjenner man ikke til miljøfaktorer som disponerer for utvikling av disse lymfomene. Enteropatitype T-celle lymfom hos voksne ses oftest hos pasienter med cøliaki.

Lite er kjent vedrørende patogenese av NK-celle lymfom. De har ikke komplett T-celle reseptor, men uttrykker oftest Є-kjeden til CD3 i cytoplasma, som kan påvises ved polyklonale antistoffer mot CD3. De kan også uttrykke antigener som også forekommer ved noen T-cellelymfomer som CD2, CD7, CD8, CD56 og CD57 samt cytotoksiske proteiner som perforin og granzymeB.