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血清碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）和骨特异性碱性磷酸酶（bone alkaline phosphatase，BALP）是目前最常用的用于评价骨形成和骨转换的生化标志。血清中ALP约有50%来源于骨组织，由于在肝、肾、骨、小肠、胎盘中都能合成该酶，故临床上检测到的血清ALP反映的是这些组织产生的酶的总活性，特异性和敏感性均较差，目前对于骨代谢的评估，更多的是检测BALP。BALP是成骨细胞的胞外酶，因其来源于成骨细胞，便可排除肝、肾、肠等疾病产生的影响，是反映成骨细胞活性和骨形成的特异性和敏感性指标，当成骨细胞活性增强时，BALP的分泌随之增加。免疫分析法是临床上检测BALP最常用的方法，其操作简便、灵敏度高、特异性好、可靠性强。研究报道，BALP与年龄有显著相关性，40岁以后，血清BALP随年龄增加而升高，骨质疏松症患者体内BALP水平明显高于骨量减少者，这表明随着骨密度的降低，BALP水平增加，成骨细胞活性增强。因此，BALP可作为一种敏感的标志物来评估骨转换率，对骨质疏松症的早期诊断具有显著临床意义。
骨钙素，又称为γ-羧基谷氨酸骨蛋白（bone γ-caboxyglutamic acidcontaining protein，BGP），最早是从动物和人的骨组织中提取出来的，由非增殖期成骨细胞合成和分泌，是骨组织中非胶原蛋白的主要成分，占其含量的15%~20%。完整的BGP由49个氨基酸组成，含有3个γ-羧基谷氨酸，需要维生素K和活性维生素D的参与才能具备生物学活性。BGP是骨钙素基因转录和表达的产物。人体完整的BGP可以被胰蛋白酶水解成3个片段，即N末端（1~19氨基酸）、中段（20~43氨基酸）和C末端（44~49氨基酸）。成熟的BGP主要沉积在骨组织间质细胞外和牙质中，少部分释放至血循环中。1988年有学者提出血清BGP可以作为骨转换率以及骨形成的特异性指标，直至今日，该指标仍被广泛运用于骨代谢的研究中，是反映骨转换情况的一个重要和灵敏的生化指标。Delmas认为，BGP不仅参与成骨细胞的分化和基质矿化过程，也参与骨吸收的调节过程，当骨形成与骨吸收耦联时，BGP是反映骨转换的指标；当骨吸收与骨形成解耦联时，BGP是反映骨形成的特异性指标，也有学者认为，完整的BGP反映骨形成，而BGP片段反映骨吸收，这些观点尚有待进一步深入探讨。BGP水平与年龄呈负相关，但绝经后妇女的BGP水平随骨转换的增加而升高，进入老年后逐渐下降。血清BGP水平存在明显昼夜的节律现象，而且受季节、月经周期等多种因素的影响，因此，血清BGP的样本应在抽血后快速进行处理和检测。目前常用的检测方法是放射免疫法（RIA），也有学者认为电化学发光免疫法测定骨钙素N-MID片段时的稳定性和灵敏性更好。
羧化不全骨钙素（undercarboxylated osteocalcin，UcOC）是指含有未羧化谷氨酸残基的BGP，近年来，BGP的羧化程度与骨代谢的关系受到学者的广泛关注。有学者认为UcOC随年龄增长而逐渐增加，可以预测髋部骨折的发生。有人研究了UcOC与骨超声波传导速率的关系，认为UcOC可以作为反映骨质量的间接标志物。Yasui等发现接受激素替代疗法的妇女体内UcOC水平较未治疗者显著下降，且UcOC水平与雌二醇水平呈负相关。
骨基质主要由胶原组成，其中Ⅰ型胶原占骨组织中有机成分的90%以上，成骨细胞合成Ⅰ型前胶原分子，其氨基端和羧基端向前延伸成较大的蛋白分子Ⅰ型胶原的前体（羧基前肽），它是一种不均一的三聚体蛋白，这些多肽在胶原细胞代谢过程中被蛋白酶分解，形成Ⅰ型胶原并且聚合成胶原纤维，其中羧基末端肽为血清Ⅰ型前胶原羧基末端（C端）前肽（procollagen type Ⅰ carboxy-terminal propeptide，PⅠCP），氨基末端肽为Ⅰ型前胶原氨基末端（N端）前肽（procollagen type Ⅰ amino-terminal propeptide，PⅠNP）。由于PⅠCP的解离和Ⅰ型胶原的合成比例为1:1，因此组织液中PⅠCP的含量可以反映Ⅰ型胶原的合成。近年来的研究表明，与BGP和PⅠCP相比，PⅠNP是骨形成更为特异和敏感的指标，且不受激素的影响，在跟踪雌激素替代治疗的个体观察中亦较PⅠCP更为敏感。
OPG/RANKL/RANK是在破骨细胞分化过程中非常重要的信号转导通路，1997年被发现以来，迅速被广泛关注，为研究骨质疏松药物治疗开辟了新的途径。护骨因子（osteoprotegerin，OPG）是一种较新的反映骨形成的生化标志物，它和细胞核因子κB受体活化因子（RANK）均是肿瘤坏死因子受体超家族成员，由成骨细胞产生，是一种可溶性糖蛋白，能特异性抑制破骨细胞形成与分化，从而增加骨密度。细胞核因子κB受体活化因子配体（RANKL）又称为破骨细胞分化因子，由成骨细胞和骨髓基质细胞分泌，与破骨细胞前体细胞或破骨细胞表面的受体RANK结合，可以刺激破骨细胞前体的分化，活化成熟的破骨细胞，促进骨吸收。而OPG可以与RANK竞争性的结合RANKL，从而实现对破骨细胞分化、活化的抑制，抑制骨吸收。因此，OPG可以作为骨代谢的生化标志物，反映骨代谢的过程。
羟脯氨酸（hydroxyproline，HOP）是人体内胶原蛋白的主要成分，占10%~13%，为多种胶原的降解产物，是非必需氨基酸。尿中的HOP约有50%来源于骨，此外也有皮肤、补体等其他来源。尿中排泄出的HOP能大体上反映骨吸收和骨转换的程度，但并不具有特异性，易受饮食、创伤、炎症等非骨来源的胶原代谢物影响，对于绝经后和老年性骨吸收亦缺乏灵敏性，并不能反映胶原转换中的细微变化，目前已被更多特异性骨吸收标志物所取代，如PyPD、DPD等。但在严重性骨病和甲状旁腺功能亢进症等情况中，仍是一种有效的标志物。
羟赖氨酸糖苷（galactosyl hydroxylysine，GHyl）是胶原中含有的另一种特异性氨基酸，虽含量少于HOP，但由于在骨和软组织中半乳糖苷羟赖氨酸和葡萄糖半乳糖苷羟赖氨酸的相对比例和总量不同，GHyl一旦从胶原中分解释放，便不再能被机体利用，且不受饮食干扰，因此，尿中的GHyl可能是比尿中的HOP更具有灵敏性和特异性的反映骨吸收水平的指标。尿中的GHyl随年龄增加而升高，它可有效评估骨质疏松症患者的病情。
酸性磷酸酶主要存在于骨骼、前列腺、红细胞、血小板、溶酶体和脾脏中，血清中酸性磷酸酶高于血浆，是因为凝血的过程中，血小板酸性磷酸酶释放入血的缘故。抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phosphatase，TRACP）是六种酸性磷酸酶同工酶之一，即第5型，主要由破骨细胞释放，在酸性环境中发挥作用，血清TRACP水平可反映破骨细胞活性和骨吸收状态。正常人血清中有两种TRACP亚型，TRACP-5a和TRACP-5b，二者含量几乎相同，TRACP-5a来源于炎性巨噬细胞，TRACP-5b来源于破骨细胞。TRACP-5a可以在唾液酸酶的作用下转变为TRACP-5b，后者的特异性较高，不受昼夜变化及饮食或肝肾疾病的影响，已成为第二代骨吸收生化标志物，可用于检测骨质、评估骨折风险。目前多采用单克隆抗体双位点免疫法测定TRACP5b的活性。
吡啶啉（pyridinoline，Pyr/PYD）和脱氧吡啶啉（deoxypyridinoline，D-Pyr/DPD）存在于Ⅰ型胶原纤维中，是成熟的Ⅰ型胶原纤维分子构成胶原纤维时分子间的连接物，可使胶原纤维共价交联稳定相聚合。PYD主要存在于骨和软骨中，DPD主要存在于骨组织中，当破骨细胞活动时，PYD和DPD作为Ⅰ型胶原纤维降解的产物释放入血，交联物在血中不被降解，不经中间代谢而直接从尿液中排除，且不易受饮食影响，骨组织特异性较高，被认为是目前临床最好的评价骨吸收水平的生化标记物。研究已证实，PYD和DPD的改变早于骨密度，目前多用酶联免疫吸附法进行检测，连续测定可观察长期骨代谢情况并且可以有效监测抗骨吸收药物治疗效果。
Ⅰ型胶原N末端肽（N-terminal telopetide of type Ⅰ collagen，NTX）是含有PYD和DPD的低分子量肽，是Ⅰ型胶原纤维交联末端肽，为总的N末端交联物，是骨质吸收后尿液中出现的一种稳定的最终产物。学者研究发现，NTX在用于监测骨吸收变化方面是最灵敏的生化指标。Ⅰ型胶原C末端肽（C-terminal telopetide of type Ⅰ collagen，CTX）中有Ⅰ型胶原分子间交联物的重要区段和近似交联物的残基，且不被肾脏所降解，在尿液中较为稳定，是理想的骨吸收标志物。CTX有3种存在形式：CTX-MMP、α-CTX和β-CTX。有学者在评估使用鼻鲑鱼降钙素治疗绝经后骨质疏松症的研究中同时检测了尿DPD、BGP、ALP和CTX，发现CTX在治疗短期内明显降低，而其他指标无显著变化，说明CTX可以作为使用鼻鲑鱼降钙素在早期检测绝经后骨质疏松症中疗效的指标。目前，测定NTX和CTX的方法主要有放射免疫法和酶联免疫吸附法。