Ils sont les moins nombreux. Leur taille (8 à 10 μ) est plus petite que celle des granulocytes neutrophiles. Leur noyau volumineux est bilobé, (2 lobes ovalaires). Les lobes du noyau sont reliés par de très fins filaments de chromatine. Les granulations cytoplasmiques basophiles sont volumineuses. Les inclusions cytoplasmiques contiennent de nombreuses molécules, et en particulier histamine et héparine ; .Les polynucléaires basophiles ont également la propriété de libérer un facteur, l’ECFA (Eosinophils Chemotactic Factor of Anaphylaxis), un facteur de chimiotaxie qui attire les polynucléaires éosinophiles