Diese wird auch Knochenmarkstransplantation (KMT) genannt, obwohl kein Knochenmark transplantiert wird, sondern nur Blut-Stammzellen, die aus dem Knochenmark stammen. Kerngedanke bei der KMT ist, das Immunsystem des Patienten durch eine massive Immunsuppression vorübergehend auszuschalten. Aus körpereigenen Blut-Stammzellen wird dann ein "neues" und tolerantes Immunsystem wieder aufgebaut. Dabei werden zuerst Stammzellen des Knochenmarks stimuliert, durch Blutentnahme gewonnen und tiefgefroren konserviert. Anschließend findet die Immunsupression statt, worauf die Gabe der körpereigenen Blut-Stammzellen folgt.
Einige kleine Untersuchungen haben positive Effekte gezeigt. Bei Patienten mit schubförmiger MS kam es häufig zu einem Stillstand der Erkrankung. Dennoch besteht das Risiko erheblicher Nebenwirkungen, auch in erfahrenen Zentren liegt die Todesrate bei 1%. Gegenwärtig findet eine multizentrische Phase-2 Studie statt, die KMT mit Mitoxantron vergleicht.