葉酸缺乏時，脫氧胸苷酸，嘌呤核苷酸的形式及氨基酸互變受阻，細胞內DNA合成減少，細胞的分裂成熟發生障礙，引起巨幼紅細胞性貧血。維生素B12和葉酸缺乏的臨床表現基本相似，都可引起巨幼細胞性貧血、白細胞和血小板減少，以及消化道癥狀如食欲減退、腹脹、腹瀉及舌炎等，以舌炎最為突出，舌質紅、舌乳頭萎縮、表面光滑，俗稱“牛肉舌”，伴疼痛。維生素B12缺乏時常伴神經系統表現，如乏力、手足麻木、感覺障礙、行走困難等周圍神經炎、亞急性或慢性脊髓后側索聯合變性表現；后者多見于惡性貧血，小兒和老年患者常出現精神癥狀，如無欲、嗜睡或精神錯亂。

葉酸缺乏可引起情感改變，補充葉酸即可消失。孕婦缺乏葉酸，可使先兆子癇、胎盤剝離的發生率增高，患有巨幼紅細胞貧血的孕婦易出現胎兒宮內發育遲緩、早產及新生兒低出生體重。懷孕早期缺乏葉酸，還易引起胎兒神經管畸形（如脊柱裂、無腦畸形等）。葉酸缺乏可引起高同型半胱氨酸血癥，從而增加心血管病的危險性。小腸疾病能干擾食物葉酸的吸收和經肝腸循環的再循環過程，故葉酸缺乏是小腸疾病常見的一種并發癥。