髌骨的力学作用是机械性地使股四头肌通过髌韧带对胫骨施加作用力, 以改变其作用方向。Kaufer指出其主要表现在两方面:
首先它作为伸膝装置的中间结构,将股四头肌产生的拉力传向髌腱。
其次它有效的增加了伸膝装置对于膝关节屈伸轴点的杠杆力臂,从而增大了股四头肌的力矩,加强其机械效益。髌骨为膝关节提供了伸膝装置的弯矩作用力臂,增大了股四头肌的作用力矩,在膝关节屈曲早期,伸直时髌骨可增加股四头肌力臂30%,到弯曲30°时增加15%。
当膝关节伸直时,髌骨受到来自股四头肌的轴向拉力和髌腱的反向作用力,受力为张应力。
当膝关节处于屈曲位时,髌骨关节面与股骨关节接触,髌骨受多个方向力的作用,除了前方的轴向拉力外,还有来自后方与股骨髁相抵的压力,此时受力为压应力,髌骨关节呈三点受力。
三点受力导致髌骨前方产生为张力,同时被股四头肌的收缩而加强。
Carpenter等研究证实,正是屈膝时作用在髌骨上的三向受力进而导致了许多骨折的发生。