Заболевание гемофилией стало очевидным у цесаревича уже осенью 1904, когда у двухмесячного младенца началось тяжёлое кровотечение из пупка.
В 1912 во время отдыха в Беловежской пуще цесаревич неудачно прыгнул в лодку и сильно ушиб бедро: возникшая гематома долго не рассасывалась, состояние здоровья ребёнка было очень тяжёлым, о нём официально печатались бюллетени. Была реальная угроза смерти.
Последствием той истории стала хромота цесаревича, поскольку он не мог полностью разогнуть травмированную ногу. Поэтому в начале 1913 г. лечащие врачи пришли к мысли, что цесаревичу необходим велосипед специальной конструкции, для того чтобы разрабатывать травмированную левую ногу. Травмированную ногу удалось разработать.
Внешность Алексея сочетала в себе лучшее от отца и матери. По воспоминаниям современников, Алексей был красивым мальчиком, с чистым, открытым лицом. Он был слишком худым — сказывалась болезнь.
Характер у мальчика был покладистый, он обожал родителей и сестер, а те, в свою очередь, души не чаяли в юном цесаревиче, особенно Великая Княжна Мария. Алексей был способным в учёбе, как и сестры, делал успехи в изучении языков.
Во время Первой мировой войны Алексей, бывший по должности наследника шефом нескольких полков и атаманом всех казачьих войск, с отцом посещал действующую армию, награждал отличившихся бойцов и т. п. Был награждён серебряной Георгиевской медалью 4-й степени.
Наследник очень любил свою армию и благоговел перед русским воином, уважение к которому передалось ему от Государя и от всех его державных предков, всегда учивших любить простого солдата.
Любимой пищей Царевича были «щи да каша и чёрный хлеб, который едят все мои солдаты», как он всегда говорил. Ему каждый день приносили пробу щей и каши из солдатской кухни Сводного полка, Алексей все съедал и ещё облизывал ложку, говоря: «Вот это вкусно, не то, что наш обед».
Наследник Цесаревич Алексей Николаевич был мальчик умный, наблюдательный, восприимчивый, ласковый, жизнерадостный. Был с ленцой и не особенно любил книги.
Он совмещал в себе черты отца и матери: унаследовал простоту отца, был чужд надменности, заносчивости, но имел свою волю и подчинялся только отцу. Мать хотела, но не могла быть с ним строгой.
Его учительница Битнер говорит о нём: «Он имел большую волю и никогда не подчинился бы никакой женщине».
Он был весьма дисциплинирован, замкнут и очень терпелив.
Несомненно, болезнь наложила на него свой отпечаток и выработала в нём эти черты.
Он не любил придворного этикета, любил быть с солдатами и учился их языку, употребляя в своем дневнике чисто народные, подслушанные им выражения.