牙菌斑由大約80%的水和20%的固體物質構成。固體物質包括碳水化合物、蛋白質、脂肪以及無機成分，如鈣、磷和氟等。
牙菌斑的形成分爲3個階段：獲得性膜形成和初期聚集；細菌迅速成長繁殖以及菌斑成熟，各個階段之間具有連續性。牙菌斑形成的先驅是獲得性膜形成，細菌粘附於獲得性膜上形成牙菌斑。
唾液蛋白或糖蛋白吸附至牙面所形成的生物膜稱爲獲得性膜。獲得性膜的形成部位不僅僅限於牙齒，也可以在玻璃珠表面、各種修復材料以及義齒上形成。在清潔並拋光牙面後，20分鐘內牙表面即可形成獲得性膜。獲得性膜由蛋白質、碳水化合物和脂肪組成。有推測獲得性膜的功能主要包括修復或保護釉質表面；爲釉質提供有選擇的滲透性;影響特異性口腔微生物對牙面的附着;作爲菌斑微生物的底物和營養等。
在牙面獲得性膜形成後，很快便有細菌附着。最初附着至牙面的細菌爲球菌，其中主要是血鏈球菌。不同的菌種以不同的速率吸收至獲得性膜上。牙面經清潔處理後8小時至2天內細菌迅速生長，已在獲得性膜上牢固附着的細菌自身繁殖，加之細菌附着力的影響，細菌在局部聚集爲若干層。約2天后菌斑開始形成，總的模式是早期以鏈球菌爲主，繼之有較多更爲厭氧的細菌和絲狀菌叢，特別是放線菌數量增加。至第9天，鏈球菌依然是主體，其次是放線菌。
發育中牙菌斑的這些變化是自發性交替的範例，定居的微生物羣體不斷改變環境，一些菌種被那些對環境更適應的菌種所取代。
