Existem três formas de doar as células-tronco da medula óssea.
Na primeira, as células são coletadas diretamente de dentro da medula óssea (nos ossos da bacia); na segunda, por filtração do sangue que passa pelas veias (aférese) e por último, é coletado o sangue que fica armazenado no cordão umbilical do recém-nascido. A coleta direta da medula óssea é realizada com agulha especial e seringa na região da bacia. Retira-se da medula do doador a quantidade adequada para o paciente (receptor). Para que o doador não sinta dor, é realizada anestesia; o procedimento dura em média 60 minutos. A sensação de incômodo do doador é de média intensidade e permanece por cerca de uma semana (2 a 14 dias), semelhante a uma queda, ou a uma injeção oleosa. Não fica cicatriz, apenas a marca de três a cinco furos de agulha. É importante destacar que não é uma cirurgia, ou seja, não há corte, nem pontos. O doador fica em observação por um dia e pode retornar para sua casa no dia seguinte.
Na coleta pela veia, é realizada a filtração do sangue através de procedimento com o uso de máquina de aférese. O doador recebe um medicamento por cinco dias, período em que há estímulo para a multiplicação das células-tronco. Essas células migram da medula para as veias e são filtradas. O processo de filtração dura, em média, três horas, até que se obtenha o número adequado de células. O efeito colateral mais frequente desse procedimento é em razão do uso do medicamento que, em alguns doadores, pode se dar como dor no corpo, semelhante ao sintoma de uma gripe. Também podem sentir formigamento, câimbra e náusea.
No caso do sangue de cordão umbilical, as células são coletadas após a secção (corte) do cordão, não trazendo riscos ao recém-nascido, utilizando uma seringa e a força da gravidade.