RK448(脛骨の近位関節面と両半月)、449(膝関節：大腿骨および脛骨の腓側顆を通る矢状断面を内側から見た図)
RK454(膝関節：後方からの図)、455(膝関節：生体右膝のX線写真。前方から後方へ3/4の角度で照射)
膝関節では、大腿骨が脛骨および膝蓋骨と関節を形成している。膝蓋骨は人体最大の種子骨であり、大腿四頭筋の停止腱内に位置し、関節包内に挿入されている。腓骨は、脛骨顆の発達が顕著なため、膝関節から排除されている。
膝関節の関節面は人体最大の面積を有する。大腿骨両顆の凸面状関節面、脛骨の近位関節面（Facies articulares proximales、ほぼ平面）、そして膝蓋骨の関節面が存在する。膝蓋骨の関節面は、大腿骨両顆の関節面間にある膝蓋面（Facies patellaris）上を滑動する。この膝蓋面は、ほぼ鞍状の膝蓋骨滑動路（Kniescheiben-Gleitbahn、Fick）を形成している。
内側顆と腓側顆はローラーまたは車輪の形状を呈し、完全に平行ではなく後下方に開いている。両者は互いに斜めに傾斜し、それぞれの弯曲軸のなす角は下方に開いている。矢状方向の弯曲は後方ほど強くなり、曲率半径は前部より後部で短くなる。そのため、関節面は螺旋状に弯曲していると表現される。矢状方向だけでなく、左右方向にも弱い弯曲がある。軟骨の被覆は最も厚い部分で2.6～3.2mmに達する。
両顆間には多くの差異が存在する。大腿骨を単独で垂直に立てると、内側顆が腓側顆より下方に位置する。しかし、身体の一部として存在する場合、両顆の下面はほぼ同一水平面上にある。これは大腿骨が内側方へ斜めに向いているためである。腓側顆の矢状方向の弯曲は、内側顆の対応部分より曲率半径が大きい。内側顆の関節面は腓側顆より長く、その前部は多少とも強く外側（腓側）へ湾曲している。腓側顆の上部は内側顆より前方へ突出し、後部は前部より幅が狭くなる一方、内側顆は均一な幅を保持している。
膝蓋面Facies patellarisは前述のとおり鞍状で、2分した両顆を結合する位置にある。その外側部は内側部より前方へ突出している。軟骨の厚さは中央部で3.5mmで、周辺に向かうほど薄くなる。
脛骨の近位関節面Facies articulares proximalesは8～10°の角度で後方へ傾斜している。近位関節面は軟骨に覆われない前顆間窩のほか、顆間隆起および後顆間窩によって左右の両面に分けられる。両面の輪郭はほぼ卵円形で、その長軸は矢状方向に向いている。
大腿骨の両顆と同様に、ここでも内側（脛側）面は多くの細部で外側（腓側）面と異なる。後者の矢状方向の径は前者よりやや短い。内側面の弯曲は前後方向に凹であるのに対し、外側面は同じ方向に凸である。さらに外側面は内側面に比べ、全体として1cm前方へ位置している。軟骨の被覆は外側面の方が厚く、中央部では4～5mmであり、周辺に向かうほど徐々に薄くなって1～2mmとなる。膝蓋骨の関節面Facies articularis patellaeは人体のすべての関節面の中で最も厚い軟骨で覆われている。最も厚い部分、すなわち中央の隆線では5.4～6.4mmの厚さがある。この隆線によって両側に分けられる面は、内側（脛側）面の方が大きく、外側（腓側）面の方が小さいことが多い。これら両関節面はさらに7つの小領域に分けられる。内側面の内側縁に接して1つの狭い領域があり、脛側辺縁条tibialer Randstreifと呼ばれる。残りの6つのうち3つは外側面に、他の3つは内側面の残りの部分にある。つまり、両面とも近位・中・遠位の領域がそれぞれ1つずつある。両面の遠位領域は過伸展時に大腿骨顆の膝蓋面が接触する部分であり、両面の中央主領域は通常の運動時に膝蓋面上を滑る。また、両面の近位領域と前述の脛側辺縁条には、膝蓋骨が極度の屈曲時にのみ接触する。
関節包は前方と両側方では薄くゆるやかで広いが、後方ではより強固である。関節包は多数の靱帯によって覆われている。関節包は大腿骨では軟骨縁から1/2～2cm離れたところから始まり、その距離は一般に両側方および後方よりも前方で大きくなっている。大腿骨の両上顆は関節包の外にある。関節包は脛骨では軟骨縁からごくわずかに離れたところに付着している。膝蓋骨は関節包の前壁の中に埋め込まれている。関節包は膝蓋骨の底では軟骨縁から数ミリメートル離れたところに付くが、他のすべての縁では軟骨縁のすぐそばに付着している。後壁は丈夫で多数の孔があり、脂肪組織で満たされて血管の通路となっている。関節腔は全身の関節中で最も広く、その構造が最も複雑である。滑膜層を後上部の始まりから追っていくと、そこから交叉靱帯の上および脛骨にまで至ることができる。脛骨と膝蓋骨の間では、滑膜層は膝脂肪体Corpus adiposum genusという、関節腔に突出した幅広い脂肪隆起を覆っている。膝脂肪体の表面には膝蓋骨の両側縁から2つのひだが来ており、これを翼状ヒダPlicae alaresという。脂肪隆起の中央から前交叉靱帯へと関節腔を貫いて、滑膜だけでできた1本の索が走っている。これが膝蓋滑膜ヒダPlica synovialis patellaris（RK450(右膝関節：前方から見た関節包開放図) ）で、その太さは様々であり、しばしば非常に細いものである。
膝関節には特別の装置が多数ある。a) 関節包の前面・側面および後面の補強靱帯、b) 骨間靱帯、c) 関節半月、d) 連通滑液包
2.、3. 脛側および腓側膝蓋支帯（Retinacula patellae tibiale, fibulare）（RK446(膝関節：内側面)、447(膝関節：外側面) ）は膝蓋骨および膝蓋靱帯に平行して走行する。
両支帯は大腿四頭筋の腱および膝蓋骨底から起始し、解剖時には大腿筋膜から比較的容易に分離できる。腓側膝蓋支帯は腸脛靱帯（Tractus iliotibialis）に連続し、腸脛靱帯粗面（Tuberositas tractus iliotibialis）に付着する。内側膝蓋支帯も脛骨に付着する。
内側側副靱帯（Lig. collaterale tibiale）（RK446(膝関節：内側面)、447(膝関節：外側面) ）は大腿骨の内側上顆から起始し、脛骨の内側縁と後縁に付着する。
この靱帯は前後の2部に分かれ、前部が後部より長く、後部は内側半月の後縁までしか達していない。長い前部は半膜様筋の主停止部を覆い、脛骨顆の下方で脛骨が急に細くなる部分を橋渡ししている。この靱帯下の組織を除去すると、狭い隙間が認められる（RK451(**膝関節：**前方図) ）。
腓側側副靱帯（Lig. collaterale fibulare）は人体で最も独立性の高い側副靱帯といえる。
大腿骨の外側上顆から起始し、腓骨小頭の外側縁に付着する。長さは5～7cm、太さは約6mmである。この靱帯と関節包の間には、脂肪を含む疎性結合組織がある。靱帯の上部内側には膝窩筋の腱があり、下部の内外両側には大腿二頭筋の停止束が走行している（RK446(膝関節：内側面)、447(膝関節：外側面) 、RK451(**膝関節：**前方図) ）。
関節包の後面は両顆の上方で腓腹筋および足底筋の起始腱によって補強されている。特別な線維束としては次のものがある：
斜膝窩靱帯（Lig. popliteum obliquum）は半膜様筋の腱から放散する線維束の1つである。
幅8～15mmで、腓腹筋の腓側頭の起始に向かって斜めに上外側へ走行する（RK444(膝関節：前面観)、445(膝関節：後面観) ）。
[図444]右膝関節：前面観（3/4倍）
[図445]右膝関節：後面観（3/4倍）
[図446]右膝関節：内側面（3/4倍）
[図447]右膝関節：外側面（3/4倍）
[図448]右脛骨の近位関節面と両半月（等倍）
[図449]右膝関節（2/3倍）：大腿骨および脛骨の腓側顆を通る矢状断面を内側から見た図。
[図450]右膝関節（2/3）：前方から見た関節包開放図。
[図451]膝関節（右）3/4前方図：関節包を除去し、膝を90度に屈曲した状態を示す。
[図452] 右の大腿骨の軸：Aは内側、Bは後方、Cは前方から見たところ。b cは頭および頚の軸、d eは膝関節の回転軸、aはそれを側方から見たところ、V Vは鉛直線、K Kは大腿骨の構成軸。(H. Meyer)
[図453] 右の下腿骨の軸：Aは脛骨と腓骨を前方から、Bは外側から見たところ。aは腸脛靱帯粗面、V Vは鉛直線で図452の鉛直線の続き、KKは構成軸。(H. Meyer)
[図454] 右膝関節（3/4）：後方からの図。関節包は除去済み。
[図455] 膝関節：生体右膝のX線写真。前方から後方へ3/4の角度で照射。
b) 骨間靱帯は非常に強大で2つあり、互いに交叉しているため、膝交叉靱帯（Ligg. decussata genus, Kreuzbänder）と呼ばれる。この靱帯は滑膜層で覆われている。
この靱帯は斜めに前下内側へ走り、腓側半月の前端付近に付着する。その際、この靱帯の一部の線維束が半月内に侵入している（RK451(**膝関節：**前方図) ）。
c) 半月（Menisci）は関節面の不一致を均すのに役立っている。これには腓側半月（Meniscus fibularis）と脛側半月（Meniscus tibialis）の2つがある。両半月は弾性線維を含む硬い結合組織束からなり、その自由表面は線維軟骨で薄く覆われている。両者とも鎌形を呈し、横断面では三角柱状である。外面は関節包と強固に結合し、上面は同側の大腿骨顆に、下面は脛骨の相当する面に接触している。尖った縁は顆間隆起（Eminentia intercondylica）の方に向いている。各半月の両端は強固な線維束で脛骨の一定の場所に固着している（RK318(膝蓋骨の後面)、319(膝蓋骨の前面)、320(右脛骨の上面)、321(右脛骨)、322(右脛骨および腓骨の下端関節面) 、RK448(脛骨の近位関節面と両半月)、449(膝関節：大腿骨および脛骨の腓側顆を通る矢状断面を内側から見た図) ）。
両半月は細部で異なっている。内側半月の方がより半月に似た形で、腓側半月の方はむしろ輪に近い。また内側半月は内側側副靱帯と結合しているのに対し、腓側半月は腓側側副靱帯と無関係である。これに対し腓側半月は前方で少数の細い線維束によって前交叉靱帯とつながり、後方ではより太い線維束—しばしば非常に太い独立束（腓側半月靱帯、Lig. menisci fibularis）によって後交叉靱帯と結合している。両半月は前方で膝横靱帯（Lig. transversum genus）によって互いに結合されている。膝横靱帯は非常に変異に富む（RK448(脛骨の近位関節面と両半月)、449(膝関節：大腿骨および脛骨の腓側顆を通る矢状断面を内側から見た図) 、RK451(**膝関節：**前方図) ）。
d) 連通滑液包には次のものがある：
腓腹筋脛側頭嚢が腓側半膜様筋嚢と融合すると、腓腹半膜様筋嚢（Bursa gastrocnemiosemimembranacea）と呼ばれる。
膝関節の周辺には、さらに次のような重要な滑液包がある。これらは通常、関節腔と連絡しないか、極めて稀に連絡する：
膝前皮下包（Bursa praepatellaris subcutanea）：膝蓋骨の前面、皮膚の下に位置する。
膝前筋膜下嚢（Bursa praepatellaris subfascialis）：同じ部位だが、筋膜の下に位置する。
膝前腱膜下嚢（Bursa praepatellaris subaponeurotic）：同じ部位だが、膝蓋骨の前面に密接している。これら3つの滑液包は臨床的に重要だが、関節腔とは決して連絡しない。同一個体でこれら3つすべてが見られることは稀で、通常1つ、まれに2つが観察される。
膝下皮下包（Bursa infrapatellaris subcutanea）：膝蓋靱帯の前面に接している。
膝下靱帯下嚢（Bursa infrapatellaris profunda）：脛骨粗面の上方で、膝蓋靱帯の後面と脛骨の間に位置する。極めて稀に膝関節と連絡することがある（RK448(脛骨の近位関節面と両半月)、449(膝関節：大腿骨および脛骨の腓側顆を通る矢状断面を内側から見た図) 、RK451(**膝関節：**前方図)）。
脛骨粗面皮下包（Bursa subcutanea tuberositatis tibiae）：脛骨粗面の前面に位置する。
膝関節周辺のその他の滑液包については、筋学の章で詳述する。
膝関節の血管は非常に豊富で太い。大腿動脈、膝窩動脈、前後脛骨動脈から計9本の枝が供給され、膝関節動脈網を形成している。
膝関節の神経は坐骨神経の枝で、血管に伴行している。
リンパ管は関節包の内側・後側・外側から出て（Baum, Anat. Anz., 67. Bd., 1927）、膝窩リンパ節に至る。そこからさらに深鼠径下リンパ節に達する。
膝関節の力学：膝関節は一種の蝶番関節（Ginglymus）だが、大腿骨と脛骨の回旋運動も可能である点に注意すべきだ。具体的には、伸展の最終段階における強制的な回旋—終結回旋（Schlußrotation、H. Virchow）、屈曲の最初の段階における強制的な回旋、そして膝を曲げた状態での自由な能動的回旋がある。
膝関節における屈曲と伸展は、大腿骨の両顆をほぼ横方向に貫き、下肢の構成軸（Konstruktionsachse）に直角に交わる回転軸を中心に起こる。既述の回旋軸（Kreiselungsachse、大腿骨頭の中央点と大腿骨の顆間窩を通る線）を伸展した下肢で下方へ延長すると、脛骨の顆間隆起と腓骨躁を通る。膝関節の屈曲面は回旋軸を含み、回転軸に垂直である。
半月の本質的な働きは緩衝作用にある。
大腿骨および脛骨の終結回旋は伸展の最終段階と強制的に結びついている。大腿骨が固定されているときは、脛骨の内側顆が腓側顆よりも前に出るため、脛骨がわずかに外旋する。脛骨が固定しているときは、大腿骨の腓側顆は伸びきった腓側側副靱帯によって引き止められ、それ以上前へ回転できないが、大腿骨の内側顆はさらに後方へ導かれる。この終結回旋のために前述の副関節面（accessorische Gelenkfläche）が存在する。終結回旋が終わると、下肢の各骨は単一の柱のような状態になり、終結回旋が逆方向に戻されるまで屈曲できない。つまり終結回旋は伸展を終結させ、屈曲を誘起するのだ。
脛骨を終結回旋の位置に固定し続けるのに、腸脛靱帯（Tractus iliotibialis）という長い靱帯が働く。この靱帯は腸骨稜の前部から起こり、大腿筋膜張筋の腱および大殿筋の一部の腱も形成し、脛骨の腸脛靱帯粗面に終わる。直立時、この靱帯は股関節で述べた腸骨大腿靱帯と似た張り方をし、脛骨の固定に役立っている。
膝を屈曲させた状態で、脛骨をその長軸の周りにかなり広範囲に回旋できることは、自分の脚で容易に確認できる。
膝が伸展位から屈曲位に移る際の膝蓋骨の運動は次のように起こる。まず、膝蓋骨の両関節面の下部（遠位部）が大腿骨の膝蓋面の上部（近位部）に接して滑り、膝蓋骨の横隆起が中央に達する。その後、横隆起を軸に転倒が生じ、以降は膝蓋骨の両関節面の上部が膝蓋面の下部に接して滑動する。