在不同成熟時期，成骨細胞在體內表現為4種不同形態，即前成骨細胞(preosteoblast)、成骨細胞(osteoblast)、骨細胞(osteocyte)和隊形細胞(bonesliningcell)。前成骨細胞是成骨細胞的前體，由基質干細胞分化，沿著成骨細胞譜系發育而成，位于覆蓋骨形成表面的成骨細胞的外側。成熟的成骨細胞是位于骨表面的單層細胞，承擔著合成骨基質的重要功能。
骨細胞是在成骨細胞系譜中成熟和終極的分化細胞。骨細胞包埋于礦化骨組織中，淺表骨細胞仍然保留部分成骨細胞結構。隊形細胞是排列于成體大部分骨表面的一層形態扁平或呈長方形的細胞。活躍的成骨細胞為梭形、錐形或立方形，胞漿嗜堿性。細胞核位于細胞的一端，核仁明顯，表面有短的突起與相鄰細胞連接。電鏡下胞漿內具有典型的蛋白合成結構——豐富的粗面內質網及核糖體，高爾基體較發達。
在生物化學和組織化學上，成骨細胞富含堿性磷酸酶(alkalinephosphatase，ALP)，并有糖元存在。成骨細胞可被不同種類的激素(如甲狀旁腺激素和前列腺素E2)及生長因子(如胰島素樣生長因子、轉化生長因子-β、骨形態發生蛋白)激活，提高胞漿cAMP的水平，刺激DNA和膠原的合成(Aronow等，1990)。
成骨細胞是骨形成的主要功能細胞，負責骨基質的合成、分泌和礦化。人類及動物體骨組織不斷地進行著重建，骨重建過程包括骨的分解吸收與新骨的形成。破骨細胞負責骨分解與吸收，而成骨細胞負責新骨形成。破骨細胞貼附在舊骨區域，分泌酸性物質溶解礦物質，分泌蛋白酶消化骨基質，形成骨吸收陷窩；其后，成骨細胞移行至被吸收部位，分泌骨基質，骨基質礦化而形成新骨。破骨與成骨過程的平衡是維持正常骨量的關鍵。
成骨細胞在骨形成過程中要經歷成骨細胞增殖、細胞外基質成熟、細胞外基質礦化和成骨細胞凋亡4個階段(童安莉等，1999)。在體外培養系統中成骨細胞表型發育與其體內的發育分化較相似，都要經歷細胞增殖、細胞外基質成熟和基質礦化3個時期。Ⅰ型腔原和一些非膠原蛋白是成骨細胞分化的標記物，能反映成骨細胞分化表型特征。