Kemiklerin karmaşık bir iç yapısı vardır, örneğin kalça kemiğinin yapısı, şaftın kalın duvarlı orta kesimlerinden incelerek genişleyen uç kısımlara kadar değişiklik gösterir. Buralarda, yüzey eklem hareketine ilişkin bağların ve kasların içine girebilmesini sağlayacak bir özellik taşır. Geniş uçların altında, görünüşleri sabun köpüğünü andıran küçük kemik filamentleri vardır. Hemen kınhverecekmiş gibi görünmelerine karşın, kemiğin ucunu etkileyen güçleri alabilecek kuvvettedirler. Kemiklerin ortasındaki boşluklar ilik dediğimiz madde ile doludur. Kandaki pek çok bileşkeye sahip olan b.u ilik, kemiğin beslenme aracıdır.
Kemiği daha yakından incelediğimizde, ana yapısının "kolagen" denilen bükülmüş ip şeklindeki lifsel bir protein olduğunu görürüz. Bu proteinin çevresi kalsiyumun bir fosfatı olan "apatif'in iğne şeklindeki kristalleri tarafından sarılıdır.
Ceninde bu kolagen fibrilleri gelişigüzel dağılmıştır. Kemikler yaşlandıkça, çok ince tabakalar halinde düzene girerler. Bu farklılık, embriyonik dönemde kemiğin hızla yapılaşmasından kaynaklanır. Çocuk doğduktan ve büyümeye başladıktan sonra bu karmaşık teller kemiğin uzamasıyla birlikte törpülenirler ve düzleşirler. Lifsel proteinin merkezden kenarlara doğru taşınması ve tabakalaşması, kemiğe karakteristik sert silindirik yapısını kazandırır. Herhangi bir büyüme ya da biçim değişikliği, ya yeni kemiğin zaten var olan bir yüzey üzerine yatmasıyla ya da önceden var olan kemiğin erozyonu ve dışarı doğru taşınmasıyla gerçekleşir.
Bu aşınma ve yeni kemik oluşturma yöntemi, çok karmaşık bir kanal sisteminin meydana gelmesine yol açar. "Haversian kanalları" denilen bu kanallarda kan damarları ve sinirler bulunur. Kemiğin kendisi de kanla iyice beslenmiştir. Eğer kemiğin üstünü kazırsak, yüzeyindeki küçük deliklerden kan sızdığını görürüz.
Yılan gibi hayvanların kabuklarının tersine, kemik bir anlamda canlıdır. "Osteosit" denilen kemik hücreleriyle doludur. Bu hücreler, aslında kemiğin sert bölgelerini oluşturan mağaralar olan lakuna boşluklarına gömülmüş durumdadır. Bu hücreler, kendilerinden çıkıp uzanan küçük tüpler aracılığıyla birbirleriyle iletişim yaparlar. İnce kan damarları, osteosit hücrelerinin gereksinim duyduğu besinleri sağlar. Osteositler öldüğünde, lakunaları mineral stoklar doldurmuş olur. Bunlar, vücudun mineral stoklan için kaynak görevi yapar.
Vücut yaşadığı sürece, kemik üzerindeki uyanlara tepki gösterir. Böylece eklemlerin çevresinde, baskı uygulanan yerde kemik oluşumu görülür, gereksiz kabarıklıklar ve yumrular ortadan kaybolur. Bir çocuğun kırılan kalça kemiği hatalı bir biçimde kaynarsa, kaynama yerinin çevresinde, kırık kemiklerin birbirine kenetlenmesini sağlayan bir "kallus dokusu" oluşur. Bu, birkaç yıl sonra, kemiğin örneğe göre yeniden yapılması sırasında ortadan kaybolur
Kemiğin hacmi ve yoğunluğu, aşırı çalışmayla ve iskeletin sürekli artan ağırlıklarla eğitilmesiyle artırılabilir, Süvarilerin kalça kemiklerinin normal insanlarınkine oranla daha büyük olduğu bilinir. Bunun nedeni süvarilerin vücutlarının o kısmının at üstünde sürekli hareket halinde olması ve kemiklerin belli bir açıdan eğitim görmesidir. Hastalık nedeniyle sürekli yatakta kalan insanların, yani yatalakların kemiklerinin ise giderek inceldiği bir gerçektir. Uzun süreli uzay uçuşlarında, vücutları yerçekiminin baskısından uzak kalan astronotlarda da, aynı durum görülmüştür. Yerçekiminin etkili olduğu bir ortama birden dönmek ve yeniden normal ağırlık ortamında yaşamak da bu astronatların kemik yapılarında yeni bir takım sorunların çıkmasına yol açar. Zira zayıf düşen iskeletin, yeni ortama kolay uyum sağlaması beklenemez.
İskeletin her tarafı kolagen tellerden yapılmıştır, ancak kemiğin içinde kolagen, ona gücünü veren mineral depozitler tarafından sarmalanmış durumdadır. Eğer bu mineral bileşkeleri almak mümkün olursa, örneğin bir kalça kemiğine kolayca düğüm atılabilir. Eğer kemiğin kolagen kısmı yakılarak ya da çürütülerek yok edilirse, alınacak sonuç, takviye edilmiş beton dayanıklılığında, kuru, gevrek ve sert bir nesnedir.