脊柱中除椎骨外最重要的就是位于椎体之间的一层弹性软组织垫，称为椎间盘亦称为椎间关节，自第 2 颈椎至第 1 骶椎，共有 23个，正常情况下约占脊柱全长的 1/4。其在脊柱的不同节段功能不同，其厚薄差异较大，其中腰椎间盘最厚，约占椎体高度的1/3—1/4，
胸椎间盘最薄，约占椎体高度的 1/5。
颈、腰椎间盘的前厚后薄，胸椎间盘则相反，这样维持了脊柱的四个生理弯曲（颈椎前凸、胸椎后凸、腰椎前凸、骶尾骨后凸）。
椎间盘由软骨板、纤维环和髓核三部分构成，三者构成一个既独立存在、又统一谐调的功能整体。起着联接上下椎体、维持椎间各种活动、缓冲压力、吸收震荡、维持脊柱的生理高度和弧度等重要功能。椎间盘的纤维环与终板成 30°角，每层纤维环之间互成 120°角，故椎间盘可承受较大的压力而不易破裂。在椎间盘的整体功能中，各种成分又具有不同的功能及特性。椎间盘吸收震荡的能力称作其滞后力，体重轻的年轻人滞后力大，即吸收震荡力强。体重重和年龄大的人其椎间盘滞后力则反之滞后力较小。当震荡力反复作用于同一个椎间盘，其滞后力就会变小，椎间盘的疲劳耐受度变小，也越容易发生椎间盘破裂。
椎间盘的生物力学功能类比于：髓核形态大致为球形，其被封闭在两个终板间的外壳内，被纤维环包绕着，承受一定压力。由此，它可近似看做一个台球置于两平板之间。此类关节叫做旋转接头关节，可进行3 种类型的弯曲活动。矢状面上的屈伸运动、冠状面上的侧屈运动和一个终板平面相对于另一终板平面的旋转运动。椎间盘主要承受轴向压缩载荷，而屈曲与扭转载荷对椎间盘的破坏比压缩载荷要大得多。在日常生活工作活动中，椎间盘的承载方式很复杂，通常是压缩、弯曲和扭转的组合，这些载荷的联合作用，可以对椎间盘造成很大的危害。施加于脊柱的各种不同的载荷，可引起椎间盘的相应变形，使力得到重新分配及部分吸收，而施加于椎间盘的力去除后，椎间盘能很快恢复原状。在承受载荷时，髓核通过改变形态来传递和吸收力以保护椎体，施加于脊柱的力量最终由于髓核的变形将作用力分解给纤维环。髓核承受大部分纵向的负荷，而纤维环承受来自切面的负荷。腰椎前屈增加的主要是剪切力，因此，在腰椎前屈时容易损伤。
椎间盘未退变的正常情况下，椎间盘会有效的将脊柱轴向负荷转变为纤维环的张力，从而可以保证脊柱基本功能单位的运动功能。脊柱受到压力负荷时，首先将压力传导至软骨终板，然后通过终板等值的传导到髓核和纤维环，终板受到的压力主要集中在中央位置，髓核和纤维环的受力以后侧为主。
椎间盘的生物力学功能是由其组织的化学成分决定的，椎间盘的基质主要由蛋白聚糖、胶原及水及少量弹性蛋白组成。但是生物力学的作用也会影响椎间盘的营养、代谢、基质金属蛋白酶及一氧化氮，生物力学异常促进椎间盘细胞凋亡。
椎间盘的营养代谢依赖于间断性的压力负荷，且与压力负荷的频率和强度相关。通常正常生理范围内的静态压力可增加蛋白聚糖的合成，增加基质金属蛋白酶组织抑制因子的产生。过高或过低的异常压力则可导致Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、细胞因子的减少，而导致Ⅰ型胶原、基质金属蛋白酶和致炎因子的增多，进而使椎间盘软骨样细胞赖以生存的细胞外环境被破坏，髓核内水分丧失，不能维持椎间盘内应有的张力，加剧细胞退变。人们利用有限元生物力学分析研究得出：纤维环纤维最大张应力及椎间盘最大可膨出度随椎间盘退变程度的增加而减小，而且会出现椎间盘、椎体外周应力集中现象。
当椎间盘退变以后，椎间盘内髓核的水分减少，引起髓核体积缩小。当终板软骨传导压力到缩小的髓核时，压力不能等值传导，髓核受到的压力随着体积的缩小而减小，从而导致传导到纤维环后侧的应力明显增大，退变越严重纤维环所受应力越大。因此椎间盘的退变一方面导致纤维环张应力下降，另一方面同时导致其应力增加，故而又加速了其退变的速度，导致了恶性循环。
因为椎间盘的结构同时包含固相及液相组织，其是介于硬组织和软组织之间，是标准的双相物质之复合材料结构，其发生的蠕变现象较慢，具有相当明显的粘弹特性。而随着时间的延长，脊柱的蠕变变形不断增加，载荷松弛不断衰减。椎间盘在高负荷下可以产生较高的稳定度，因此高处坠落时，椎间盘处于极硬状态，椎体骨折发生于椎间盘损伤之前，其特点是压力负荷速度越快，弹性率和刚性则越增加。
由于椎间盘具有亲水性，即使在椎间盘不负重的情况下作用于髓核中心的压力永远不会是零，这将引起椎间盘向外膨出趋势一直存在，该状态叫做预负荷状态。处于预负荷状态下的椎间盘在其受轴向与侧屈压力时，具有很强的抵抗能力。当髓核的亲水能力随年龄增长而下降时，预负荷状态消失，髓核内压降低，因此老年人群的脊柱往往缺乏弹性。椎间盘的弹性特征是椎间盘受到一个暴力作用，其厚度先是降到最低，随后增至最大，1s后出现阻尼振荡，该现象也是因为椎间盘有预负荷状态引起的。若暴力过于强大，密集的振荡反应可破坏纤维环中的纤维，这就解释了椎间盘受反复强应力作用下，会导致退行性变。当椎间盘受到非对称的轴向压力时，上终板面向超载一侧倾斜，上终板面由此恢复至初始位置，这种自稳定机制也与预负荷状态有关。
一般越靠近骶骨的椎间盘受力越大。经计算，由终板传递给椎间盘的轴向压力，其中的75%由髓核承担，25%由纤维环承担。然而，髓核可沿水平方向传递一部分的应力给纤维环。当人提物时，这些作用力会有相当程度的增强，故若躯干在直立位下提举重物时，椎间盘受压将更大，更接近至椎间盘破裂值。
