Η ενδομεμβρανώδης οστεοποίηση συμβαίνει κατά την ανάπτυξη των θηλαστικών εντός της μήτρας και είναι η διαδικασία κατά την οποία τα επίπεδα οστά, όπως μερικά από τα οστά του κρανίου και της κλείδας, δημιουργούνται από συνδετικό ιστό. Είναι επίσης η διαδικασία με την οποία τα τραυματισμένα οστά επουλώνονται και συμβαίνει όταν τα οστά σπάνε ή καταστραφούν προκειμένου να ανακατασκευαστεί το οστό. Επίσης, κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης είναι η ενδοχόνδρια οστεοποίηση, μια διαδικασία κατά την οποία παράγονται τα οστά από τον χόνδρο. Η ενδοχόνδρια οστεοποίηση εμφανίζεται στην ανάπτυξη μακριών οστών όπως τα χέρια και τα πόδια. Στην ενδομεμβρανώδη οστεοποίηση, δεν υπάρχει χόνδρος και τα οστά αναπτύσσονται από άλλους συνδετικούς ιστούς.
Η διαδικασία ξεκινά με μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα (MSCs), τα οποία είναι κύτταρα που δεν έχουν ακόμη διαφοροποιηθεί σε συγκεκριμένο τύπο κυττάρου. Τα MSC εξελίσσονται σε οστεοβλάστες, κύτταρα που δημιουργούν οστικό ιστό, τόσο τον σπογγώδη εσωτερικό ιστό του μυελού όσο και τον ανοργανοποιημένο συμπαγή οστικό ιστό που περιβάλλει τον μυελό. Πολλά στάδια συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της οστεοποίησης καθώς τα MSCs αλλάζουν, διαφοροποιούνται και γίνονται συγκεκριμένοι τύποι οστικών κυττάρων. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει για την αποκατάσταση του σπασμένου ή κατεστραμμένου οστού, με τον οστικό ιστό να αναπτύσσεται από μεμβρανώδη ή συνδετικό ιστό με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που αναπτύσσεται μέσα στη μήτρα.
Στη βασική διαδικασία, τα MSC σχηματίζουν στρώματα σχετικά πρωτόγονου συνδετικού ιστού και άλλα αναπτύσσονται σε κύτταρα που παράγουν οστά. Τα κύτταρα που παράγουν οστά δημιουργούν στη συνέχεια μια οστική μήτρα ασβεστίου που τελικά συλλέγεται σε οστικά οστάρια. Οι οστικές πλάκες αυξάνονται σε μέγεθος καθώς περισσότερο από τη μήτρα των οστών αποβάλλεται, τελικά συγκεντρώνονται σε έναν μεγαλύτερο σχηματισμό που ονομάζεται δοκίδες. Αυτές οι δομές συνεχίζουν τη διαδικασία, μερικές χτίζονται η μία πάνω στην άλλη και τελικά σχηματίζουν υφαντό οστό, και άλλες δοκίδες παραμένουν ως ένας σπογγώδης ιστός που γίνεται μυελός των οστών.
Οστά ή μέρη οστών που αναπτύσσονται μέσω της διαδικασίας ενδομεμβρανώδους οστεοποίησης περιλαμβάνουν τα κλείδα. την επιγονατίδα ή την επιγονατίδα? τα βρεγματικά, μετωπιαία, ινιακά και κροταφικά οστά στο κρανίο. και τα οστά της άνω και κάτω γνάθου. Άλλες εξειδικευμένες δομές, όπως το κέλυφος μιας χελώνας, αναπτύσσονται επίσης με αυτόν τον τρόπο. Συμβάλλει επίσης στην ανάπτυξη των οστών, ειδικά στην ανάπτυξη κοντών οστών και στην πάχυνση των μακριών οστών καθώς αναπτύσσονται.
Αυτή η πολύπλοκη διαδικασία ανάπτυξης των οστών συμβαίνει σε όλα τα θηλαστικά, τόσο στη μήτρα όσο και όταν είναι απαραίτητη η αποκατάσταση των οστών. Ακόμη και σε θηλαστικά εκτός του ανθρώπου, τα ίδια σύνολα οστών σχηματίζονται μέσω ενδομεμβρανώδους οστεοποίησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως και με τη χελώνα, τα ζώα αναπτύσσουν άλλα οστά ή δομές εκτός από το κρανιακό, την κλείδα και άλλα επίπεδα οστά.