大腿骨の凹の上を凸の膝蓋骨が滑る関節である。
膝蓋骨は凸面の外側（外側関節面）と内側（内側関節面）に分けられる。さらに内側関節面は、中央からの傾斜のゆるい内側固有関節面と急斜面の垂直関節面に分けられる。
膝蓋骨の関節面は4〜5mmの関節軟骨に覆われている。
＜膝蓋骨の屈曲時の圧力＞
PF関節は、伸展位〜屈曲20°までは大腿面に接触しない。
20°では、膝蓋骨下端が接触し、60°では膝蓋骨中央が接触する。
90°では、中央より上部が接触し、135°では内外の縁が接触する。
60〜90°の間は膝蓋骨のわずか30％しか接触していないために、関節圧力はかなり上昇することになる。
伸展位では膝蓋骨は完全に浮き、上膝蓋脂肪体と接触する。
0°で大腿四頭筋を弛緩させれば、膝蓋骨を自由に動かすことができるが、20°ほど屈曲させると顆間構内にはまり込み可動は減少する。
【膝蓋骨の高さ低さの計測法】
X線を撮り、膝蓋骨長（A）と膝蓋腱長（B）を測定し B÷Aで測定できる。
値が1.2以上なら正常よりも膝蓋骨が高位にある、0.8以下なら膝蓋骨低位と判断できる。
〈膝の可動域とＡＤＬ〉
膝関節の屈曲角度と日常生活動作についてはKettlekampによる報告がある。
すなわち、６７°以上屈曲できないと歩行に障害が生じる。日常生活で椅子に座る９３°、また椅子から立ち上がるために１００°の屈曲が必要であり、日常生活上では階段昇降が必要となる。
その際、階段を上るために８３°、降りるために９０°膝の屈曲が必用である。また、正座をする際にも１４０°の膝屈曲角度が必要となる。
