牙骨质与骨组织的组成相类似，但其硬度较低，所含无机盐约为重量的45%～50%，有机物和水约50%～55%。无机盐也主要以磷灰石的形式存在。此外，还含有多种微量元素，氟的含量较其他矿化组织为多，并以表面为著，且随着年龄增长而增高。牙骨质中的有机物主要为胶原和非胶原蛋白。最主要的胶原为I型胶原，也有少许Ⅲ型和Ⅻ型胶原，其功能主要为参与牙骨质的矿化；非胶原有机物包括与牙骨质黏附功能相关的蛋白多糖、骨桥蛋白、骨涎蛋白、纤维粘连蛋白、腱蛋白、牙骨质黏附蛋白和上皮根鞘因子，其中蛋白多糖、骨桥蛋白、骨涎蛋白还参与牙骨质的矿化。与牙骨质矿化有关的蛋白还有骨钙素。除此之外牙骨质中还有一些促生长和分化的因子如转化生长因子B、牙骨质生长因子（也称胰岛素样生长因子I）和骨形成蛋白。牙骨质中大多数非胶原有机物也存在于骨组织中，其中牙骨质黏附蛋白和牙骨质生长因子可能是牙骨质中的特异因子。