牙石的形成包括三个基本步骤，即获得性薄膜形成、菌斑成熟和矿物化。前两个步骤实际上即菌斑的形成过程，龈上结石和龈下牙石的矿化成分，分别来源于唾液和龈沟液。在矿化过程中，晶体先在细胞间的基质和细菌表面形成，最后可进入细菌。牙结石由菌斑和软垢钙化而成，在菌斑形成的2-14天中都可以进行矿化，从开始矿化到牙石形成，快者10天，慢者20天左右，平均约12天。
并非所有的菌斑都一定会变成牙石，不钙化的牙菌斑在形成两天时，矿物质含量达到顶点以后就不再增加。钙化最初沿着菌斑附着在牙表面，由里向外层层发展和牙面平行。随着钙化过程，膜被包埋，牙齿间的线称为增长线，是牙齿生长和增加新层的证据，牙齿表面粗糙，因此很容易有菌斑。