骨关节炎是机械性和生物性因素相互作用，是关节软骨细胞、细胞外基质和软骨下骨正常进行的合成与降解失去平衡的结果。它是一种慢性关节性疾病，随着年龄的增加而患病率明显增加的退型性疾病。女性患病率明显高于男性。随着年龄的增加，软骨下滋养血管数量下降，软骨生理、生化异常改变，软骨细胞不能合成正常的具有长链结构的透明质酸和聚氨基葡萄糖，导致关节软骨局部软化、失去弹性、磨损及结构破坏。
现有实验数据的结果均提示骨髓充质干细胞对对软骨细胞的再生有促进作用，那么，其防治骨关节炎的可能机制是什么？相关研究提示骨关节炎的病变基础为骨相关性的，关节软骨改变是继发性的，其病理显示，骨关节炎会发生包括骨獒形成，软骨下骨硬化，部分患者最终进展为局灶软骨下骨坏死.骨关节炎从多方面与骨缺损处的增值有关，同时伴随骨量及骨矿物质密度的改变。骨结构的这种改变提示，骨髓中的软骨先导细胞对于正常软骨的维持有重要作用。再者，研究发现，有软骨细胞合成的聚集蛋白聚糖其与年龄因素负相关，其吸收入聚合体的速度随年龄增长而减慢。这提示骨关节炎的发生与软骨细胞功能的改变也有关。而且，骨关节炎的发展常与严重的炎症并行。运用骨髓间充质干细胞防治骨关节炎，不仅能在结构上影响组织修复，同时可以进行有效的免疫修饰及抗炎。
骨关节炎发生的机制是多因素的，具体机制目前尚不十分清楚，可能是由于骨的重塑部位骨膜增生所致，也可能是软骨下微骨折,骨刺刺激关节囊，关节周围肌肉痉挛，骨血供减少骨内压增高以及滑膜炎症伴有前列腺素，白三烯和各种细胞激肽白细胞介素1的释放所致。骨关节炎的诱发因素也很多，包括遗传，发育，代谢和创伤等因素。临床上对于严重骨性关节炎的患者，由于器质性损坏和功能障碍加剧，临床医师更倾向与手术治疗方案。所以骨髓间充质干细胞治疗骨性关节炎的研究应更多开展于早中期患者治疗上。