软骨下骨包括皮质终板及其下方的骨小梁、血管和骨小梁间腔隙，皮质终板将钙化软骨和骨髓腔分开。软骨下骨区的小动脉、小静脉和窦状小管穿行于皮质终板的血管通道中，连接髓腔和钙化软骨层，向无关节液滋养的深层软骨提供营养。这些软骨下静脉丛易受高压力和剪切力损伤。软骨下骨的主要功能为吸收应力、缓冲震荡和维持关节形状。软骨下骨的弹性模量较关节软骨低，但数量相对较多，在缓冲震荡中起主要的衬垫作用，这可以避免关节软骨遭受过度应力损伤。软骨下骨硬化时，将软骨下骨的主要功能转化为吸收应力、缓冲震荡和维持关节形状。

长期以来，骨关节炎研究者对关节软骨给予了较大的关注，但对发生在软骨下骨的改变也是很明显的，但关注不够。尽管关于骨关节炎的病理究竟是先起于软骨还是软骨下骨尚有争议，但软骨下骨的改变在骨关节炎发病过程中起着重要作用，这点一直是医学界的共识。软骨下骨的变化与软骨损伤程度存在相关性。在骨关节炎载荷传导系统中，软骨下骨起着极其重要的作用，既锚定软骨与下方骨质，又通过束状纤维传导应力，避免深层软骨应力过分集中，损伤软骨细胞。骨关节炎早期，软骨下骨重建以骨吸收占主导，后期继之以骨形成增加，最终导致软骨下骨硬化和骨体积的增加。近来越来越多的研究表明骨关节炎中发生的骨重塑异常，改变了软骨下骨的生物力学特征，损害了其吸收应力的功能，从而导致对关节软骨的保护功能丧失。

骨关节炎时，软骨剥脱，软骨下骨质暴露，骨髓内血管和纤维组织增生，产生新骨，形成硬化层。硬化区在压应力作用下，骨质可能发生微骨折、坏死、囊性变。软骨边缘出现骨赘新生物，软骨下骨髓内骨质增生、囊肿形成是本病的一大特点。