这种方式是先由间充质分化成为胚性结缔组织膜，然后在此膜内成骨。人体的顶骨、额骨和锁骨等即以此种方式发生。膜内成骨的具体的过程是：在将要形成骨的部位，血管增生，营养及氧供丰富；间充质细胞渐密集并分裂分化为骨原细胞，其中部分骨原细胞增大，成为成骨细胞；成骨细胞分泌类骨质，并被包埋其中，成为骨细胞；继而类骨质钙化成骨基质，形成最早出现的骨组织。最早形成骨组织的部位称为骨化中心（ossification center）。新形成的骨组织表面始终有成骨细胞或骨原细胞附着，它们向周围成骨，逐渐形成初级骨小梁构成初级骨松质。随后，初级骨松质周围的间充质分化为骨膜，此后即进入生长与改建阶段。以顶骨为例，随着脑的发育，原始顶骨也不断生长与改建，其外表面以成骨为主，使骨不断生长， 内表面以分解吸收为主，为断改变骨的曲度，从而使顶骨的生长与脑的发育相适应。通过生长与内部改建，顶骨出现了以初级骨密质组成的外板与内板，以及其间由骨松质组成的板障，但至成年才发育完善。成年后其内部改建仍缓慢地进行。