膝關節(jié)屬于一種鉸鏈關節(jié)，主要用來承受身體的重量，是人體內(nèi)最大、最復雜的關節(jié)。它由脛骨、股骨和髕骨3個部分所組成，有兩個關節(jié)結構，含有脛股關節(jié)和髕股關節(jié)。除了可做彎曲、伸直運動外，還允許部分的內(nèi)外旋轉，內(nèi)外翻，由于膝關節(jié)承受較大的應力，并處于身體兩個最長的杠桿臂之間，所以特別容易受傷。在膝關節(jié)，關節(jié)面的運動發(fā)生于脛骨髁和股骨髁之間，以及于股骨髁和髕骨之間。在脛股關節(jié)面的活動同時發(fā)生于3個面上，但運動主要是在矢狀面、水平面和冠狀面上的運動極小。髕股關節(jié)面的運動可同時發(fā)生于2個面上，以冠狀面的運動最大。膝關節(jié)的鉸鏈結構是由股骨髁和脛骨平臺上的淺窩所形成，脛骨髁間隆起介于脛骨平臺之間將脛骨平臺分隔為二。脛骨內(nèi)髁比外髁大，且受力也較大。脛骨的頂端有兩個半月形的纖維軟骨，稱為內(nèi)側半月板和外側半月板。此二半月板可隨脛骨向前和向后滑動而增加接觸面積，增加脛股關節(jié)的接觸面積，將關節(jié)應力均勻地分布在脛骨平臺上。髕骨位于膝關節(jié)前方，主要作用是增加股四頭肌的力臂，使肌力得到最充分的發(fā)揮。髕骨關節(jié)面的構造使其與股骨間的關節(jié)面達到最大的接觸面積，使髕股關節(jié)面間的應力分布均勻。

膝關節(jié)的穩(wěn)定由周圍軟組織來維持，包含前、后交叉韌帶，內(nèi)、外側副韌帶和周圍的關節(jié)囊。前交叉韌帶的作用是防止脛骨相對于股骨向前位移，后交叉韌帶的作用是防止脛骨相對于股骨向后位移。膝關節(jié)兩側有內(nèi)側副韌帶和外側副韌帶。內(nèi)側副韌帶由股骨內(nèi)髁連到脛骨內(nèi)髁，而其深層與半月板的外層結合。外側副韌帶由股骨外髁而至腓骨小頭。此兩側副韌帶主要提供膝關節(jié)兩側的穩(wěn)定。除此之外，關節(jié)內(nèi)部還有許多滑液囊可分泌潤滑液，維持關節(jié)的正常功能。

正常膝關節(jié)的股骨髁與脛骨平臺的接觸是球形，脛股關節(jié)由完全伸直至完全彎曲，股骨大部分均在脛骨上滑動，但脛股關節(jié)不是一個單純的屈戍關節(jié)，而有螺旋形活動。脛骨在屈伸時的螺旋活動起緣股骨內(nèi)髁的形狀。正常膝關節(jié)的內(nèi)髁比外髁長1.7 cm。脛骨自完全屈曲至完全伸直時活動，它按股骨內(nèi)髁的曲線先下沉，然后上升，同時外旋。自完全伸直至完全屈曲時的活動，運動方向同上述相反，這種旋緊功能可使膝在任何部位產(chǎn)生最大的穩(wěn)定力，使膝關節(jié)的穩(wěn)定度比一般簡單的樞紐關節(jié)為高。脛股關節(jié)最大運動范圍在矢狀平面上由伸直至完全彎曲共約140°。在橫截面的運動為內(nèi)、外旋轉，因為股骨內(nèi)側髁較外髁為長，當膝關節(jié)完全伸直時，旋轉幾乎完全被脛骨與股骨髁的組合裝置所完全限制，當膝關節(jié)彎曲時轉動范圍即可增加，當彎曲90°時達到最大值：即內(nèi)旋可達30°，外旋則可達45°，當彎曲超過90°后，因為軟組織限制的關系，旋轉范圍則降低。脛股關節(jié)在冠狀面的運動為內(nèi)收、外展，也受關節(jié)彎曲程度影響，完全伸直時即排除了所有在此平面的運動，當彎曲達30°時，被動的外展和內(nèi)收可增加，當彎曲超過30°后，同樣因為軟組織限制的關系而降低活動度，內(nèi)收和外展平均約為11°。髕股關節(jié)主要為滑動運動，自完全伸直至完全屈曲，髕骨在股骨髁處向下滑動約7 cm。股骨的內(nèi)髁與外髁在完全伸直和90°屈曲時，均與髕骨接連。超過90°，髕骨乃外旋，只有股骨內(nèi)髁與髕骨連接。在完全屈曲時，髕骨乃沉入髁間溝內(nèi)。髕骨有兩項重要的膝關節(jié)生物力學功能：一是在整個運動范圍內(nèi)，產(chǎn)生股四頭肌的向前變位，協(xié)助膝的伸直，并可增加股四頭肌的杠桿力臂；二是通過增加髕腱與股骨之間的接觸面，使擠壓應力的分布更均勻。

膝關節(jié)中脛股關節(jié)是由股骨和脛骨髁承受壓應力，韌帶和關節(jié)囊傳遞張應力并通過關節(jié)整合為壓應力。利用靜力平衡的關系可以發(fā)現(xiàn)膝關節(jié)周圍的肌力對于關節(jié)作用力有很大的影響，在兩個關節(jié)面上，可達體重的數(shù)倍。脛股關節(jié)在站立期中的受力最大可達體重的2～4倍。在步態(tài)周期中，關節(jié)作用力系由內(nèi)側轉移到外側平臺，在站立期初期作用力達最大值，主要落于內(nèi)側脛骨平臺，最大接觸力量有3.06倍體重，外側脛骨平臺的最大接觸力有1.25倍體重，膝關節(jié)受力總和約為4.31倍體重，外髁與內(nèi)髁之接觸比為1∶2.5。

在髕股關節(jié)內(nèi)，膝屈曲也會影響關節(jié)的反應力，膝屈曲越大，形成的關節(jié)反應力也越大。膝于伸直時，髕骨可在整個運動范圍內(nèi)有助于延長股四頭肌的杠桿力臂，使擠壓應力能在股骨上廣泛分散。人體步態(tài)中，股四頭肌肌力隨膝彎曲而改變，髕股骨關節(jié)之作用力也隨之改變。膝彎曲也影響髕骨肌腱與股四頭肌韌帶間的夾角。夾角越小造成兩邊張力之合力越大，增加髕股骨關節(jié)面的作用力。在步態(tài)周期中，髕股骨關節(jié)作用力最大為0.7～1.3倍體重。日常生活中隨彎曲的增加，作用力可達2.5～3倍體重，下樓梯則約3.3倍。