牙石形成包括三个基本步骤：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，龈上牙石和龈下牙石的矿化，成分分别来源于唾液和龈沟液，在矿物化过程中，晶体先在细胞间的基质和细菌表面形成，最后可进入细菌。
牙石由菌斑和软垢钙化而成，在菌斑形成的2-14天中都可进行矿化，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，以后不再增加，钙化最初沿着菌斑附着牙面的部位发生，由里向外一层层发展和牙面平行，薄膜沉积在已形成的牙齿上，随着钙化过程，膜被包埋，牙石层间的线称为生长线，是牙石生长或增加新层的证据，牙石表面粗糙，因此很容易有菌斑附着其上。