牙石又称牙结石，牙结石矿物盐类沉积于菌斑的机制尚未完全明了，有以下几种解释：
1) 环境碱化
唾液：唾液中含可溶性的酸性磷酸钙和酸性碳酸钙，当唾液分泌到口腔，二氧化碳逸出，唾液呈碱性，菌斑、软垢周围环境碱化，pH升高时，可溶性钙盐就变成不溶性钙盐沉积下来。
细菌：菌斑和软垢中的细菌，能使唾液中的尿素分解成氨，使唾液碱化，pH升高，钙盐易沉积。
2) 磷酸酯酶升高
正常牙龈组织中含磷酸酯酶，在炎症或外伤时，酶含量增加，牙菌斑和脱落的上皮细胞也能释放磷酸脂酶，使唾液中的磷酸盐沉积;还有一种碳酸酐酶，使唾液放出二氧化碳，促使不溶性钙盐沉积。
3) 胶样蛋白质逸出
唾液中含有一种胶样蛋白质，能粘合钙、磷离子，使唾液中的磷酸盐维持过饱和状态，当唾液停滞于牙面，胶体沉降，过饱和状态不能维持，磷酸钙盐则沉积出来。
4) 矿化核心
矿化物沉积必须存在钙化的核心，菌斑中的细菌、上皮细胞和细胞间质可能成为主要的核心物质。菌斑细胞间的基质，主要为蛋白多糖复合物，可以从唾液中络合钙盐成为钙化中心。菌斑中的细菌本身也是一种基质，如纤毛菌属和放线菌属，可构成有机的支架，吸附矿物质沉积于牙面。
牙结石形成的速度、形态和硬度因人而异，一般来说新生的牙结石需要十二至十五小时。快速形成的牙结石要比慢慢形成的牙结石要软且碎。所有刚形成的牙结石都是软软的，经过一段时间的钙化就会慢慢的变硬。因此在牙结石形成之初，使用口腔清洁法或刷牙法，都很容易清除牙结石，等到钙化之后就不易清除了。
牙结石对口腔而言是一种异物体，它会不断刺激牙周组织，并会压迫牙龈，影响血液循环，造成牙周组织的病菌感染，引起牙龈发炎萎缩，形成牙周囊袋。当牙周囊袋形成后，更易使食物残渣、牙菌斑和牙结石等的堆积，这种新的堆积又更进一步的破坏更深的牙周膜，如此不断的恶性循环的结果，终至牙周支持组织全部破坏殆尽，而使牙齿难逃拔除的恶运。