动物骨骼系统的形成经历了三个关键阶段。首先，在膜质期，间充质细胞不断分裂繁殖，分泌基质和纤维，形成膜状结缔组织以支撑身体。许多低等脊椎动物和文昌鱼的骨骼系统在此阶段保持不变。

接着，进入软骨期，间充质细胞形成结缔组织后，发展为圆形的成软骨细胞。这些细胞继续分裂增殖，并分泌基质与纤维，形成软骨和软骨膜。软骨膜下的细胞不断繁殖，新生细胞增大、基质增加，并形成同族同源细胞群，推动软骨生长。圆口类和板鳃鱼类的骨骼在这一阶段一直保持稳定，而高等脊椎动物体内的某些骨骼则保留在软骨阶段，根据纤维类型的不同，分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨。

最后，是骨化期。软骨发展到特定阶段后，软骨细胞增大并排列成纵柱。在围软骨区域内，血管、成骨细胞和破骨细胞侵入软骨基质，将软骨结构破坏侵蚀，形成蜂窝状，并逐渐沉积骨盐，形成坚硬的骨骼。在动物生长发育过程中，成骨与破骨作用持续进行，以适应骨骼形态与功能的变化。