ร่างกายมนุษย์เป็นผลงานชิ้นเอกทางวิศวกรรมชีวกลศาสตร์ โดยมีโครงกระดูกเป็นโครงสร้างหลักที่น่าทึ่ง โครงกระดูกแกน (Axial skeleton) ซึ่งประกอบด้วยกะโหลกศีรษะ กระดูกสันหลัง และกระดูกอก ทำหน้าที่เป็นแกนกลางที่มั่นคงเพื่อปกป้องอวัยวะสำคัญและรับน้ำหนักส่วนใหญ่ของร่างกาย ในทางกลับกัน โครงกระดูกรยางค์ (Appendicular skeleton) ซึ่งได้แก่แขนและขา ถูกออกแบบมาเพื่อการเคลื่อนไหวที่หลากหลาย

การจัดเรียงตัวของกระดูกทั้งสองส่วนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกระจายแรง กระดูกสันหลังไม่ได้เป็นแท่งตรง แต่มีส่วนโค้งเว้า (spinal curves) ที่ช่วยดูดซับแรงกระแทกและกระจายน้ำหนักได้อย่างมีประสิทธิภาพ คล้ายกับสปริง ในขณะที่กระดูกรยางค์ โดยเฉพาะกระดูกขา จะทำหน้าที่เป็นเสาค้ำที่ส่งผ่านแรงจากพื้นขึ้นสู่แกนกลางลำตัว การทำความเข้าใจการทำงานร่วมกันนี้เป็นพื้นฐานสำคัญในการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน ตั้งแต่การเดินไปจนถึงการกระโดด

เมื่อมองลึกลงไปในระดับจุลภาค ความแข็งแกร่งของกระดูกไม่ได้มาจากความเป็นเนื้อเดียวกัน แต่มาจากโครงสร้างที่ซับซ้อน เนื้อกระดูกประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วนคือ bone matrix ซึ่งเป็นโครงข่ายของเส้นใยคอลลาเจนที่ให้ความยืดหยุ่นเหมือนเหล็กเส้นในคอนกรีต และผลึกแคลเซียมฟอสเฟตที่เรียกว่าไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite) ที่ให้ความแข็งและทนทานต่อแรงกด การผสมผสานนี้ทำให้กระดูกมีความแข็งแรงแตไม่เปราะ

ในกระดูกเนื้อแน่น (Compact bone) หน่วยโครงสร้างพื้นฐานคือ osteon หรือระบบฮาเวอร์เชียน (Haversian system) แต่ละ osteon มีลักษณะคล้ายทรงกระบอกที่ประกอบด้วยแผ่นกระดูก (lamellae) เรียงซ้อนกันเป็นวง同心รอบท่อกลาง (central canal) ที่มีหลอดเลือดและเส้นประสาท การจัดเรียงตัวเป็นชั้นๆ เช่นนี้ช่วยต้านทานแรงบิด (torsional forces) ได้อย่างยอดเยี่ยม เหมือนกับการพันเชือกหลายๆ เกลียวเข้าด้วยกันเพื่อให้แข็งแรงขึ้น

กระดูกไม่ใช่โครงสร้างที่หยุดนิ่ง แต่เป็นเนื้อเยื่อที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดชีวิตผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการปรับเปลี่ยนโครงสร้างกระดูก (bone remodeling) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำงานประสานกันของเซลล์สองชนิดคือ Osteoblasts (เซลล์สร้างกระดูก) ที่ทำหน้าที่สร้างเนื้อกระดูกใหม่ และ Osteoclasts (เซลล์สลายกระดูก) ที่สลายเนื้อกระดูกเก่าหรือที่เสียหาย

กระบวนการนี้เป็นไปตามกฎของวูลฟ์ (Wolff's Law) ซึ่งกล่าวว่ากระดูกจะปรับเปลี่ยนรูปร่างและความหนาแน่นเพื่อตอบสนองต่อแรงที่มากระทำกับมัน ตัวอย่างเช่น กระดูกขาของนักวิ่งระยะไกลจะมีความหนาแน่นสูงกว่าคนทั่วไปที่ไม่ค่อยได้ออกกำลังกาย ในทางกลับกัน การอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานานอย่างนักบินอวกาศ จะทำให้ความหนาแน่นของกระดูกลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากไม่มีแรงกระทำต่อกระดูก

การเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนของมนุษย์เกิดขึ้นได้จากข้อต่อ โดยเฉพาะข้อต่อแบบซินโนเวียล (Synovial joints) ซึ่งเป็นข้อต่อที่เคลื่อนไหวได้มากที่สุดในร่างกาย เราสามารถวิเคราะห์ศักยภาพการเคลื่อนไหวของข้อต่อเหล่านี้ผ่านแนวคิดเรื่อง "องศาการเคลื่อนไหว" (Degrees of Freedom) หรือ DoF ซึ่งหมายถึงจำนวนระนาบอิสระที่ข้อต่อนั้นเคลื่อนไหวได้

ข้อต่อที่มี DoF สูงอย่างข้อไหล่ (3 DoF) ช่วยให้เราเคลื่อนไหวแขนได้อย่างอิสระในทุกทิศทาง แต่ก็แลกมาด้วยความมั่นคงที่ลดลง ในขณะที่ข้อต่อที่มี DoF ต่ำอย่างข้อเข่า (1 DoF) จะจำกัดการเคลื่อนไหวให้อยู่ในระนาบเดียวเป็นหลัก แต่ให้ความมั่นคงสูงในการรับน้ำหนัก ความสมดุลระหว่างการเคลื่อนไหวและความมั่นคงนี้ถูกควบคุมโดยโครงสร้างสำคัญอย่างเอ็นยึด

เอ็นยึด (Ligaments) คือแถบเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เหนียวและแข็งแรง ทำหน้าที่เชื่อมกระดูกกับกระดูกเข้าไว้ด้วยกัน บทบาทหลักของเอ็นยึดคือการจำกัดการเคลื่อนไหวของข้อต่อให้อยู่ในขอบเขตที่เหมาะสมและป้องกันการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติ ตัวอย่างเช่น เอ็นไขว้หน้า (ACL) ในข้อเข่าจะป้องกันไม่ให้กระดูกหน้าแข้ง (tibia) เลื่อนไปข้างหน้ามากเกินไปเมื่อเทียบกับกระดูกต้นขา (femur)

เมื่อร่างกายอยู่ในท่าทางที่ซับซ้อน เช่น การเล่นโยคะหรือยิมนาสติก เอ็นยึดจะทำงานร่วมกับกล้ามเนื้อเพื่อสร้างความมั่นคงแบบไดนามิก (dynamic stability) ทำให้ข้อต่อยังคงอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องแม้ต้องรับแรงจากหลายทิศทางพร้อมกัน การบาดเจ็บของเอ็นจึงส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความเสถียรของข้อต่อและจำกัดความสามารถในการเคลื่อนไหว