L'os, comme les autres tissus conjonctifs, dérive du mésoderme, la couche intermédiaire des trois couches germinales qui se forment au début du développement embryonnaire. Plus précisément, les os proviennent de cellules mésenchymateuses, qui sont des cellules souches multipotentes capables de se différencier en différents types de cellules du tissu conjonctif.

Au cours du développement embryonnaire, les cellules mésenchymateuses se condensent dans des zones spécifiques et se différencient pour former le système squelettique. Ces cellules mésenchymateuses donnent naissance à la fois au cartilage qui sert de modèle à la formation osseuse (ossification enchondrale) et aux cellules responsables de la formation osseuse elle-même (ossification intramembraneuse).

Au cours de l'ossification enchondrale, les cellules mésenchymateuses se différencient d'abord en chondrocytes, qui sont les cellules qui produisent et maintiennent le cartilage. Le modèle cartilagineux de l’os est ensuite progressivement remplacé par du tissu osseux grâce au processus d’ossification. Au cours de ce processus, les vaisseaux sanguins et les ostéoblastes (cellules formant les os) envahissent le cartilage, le décomposant et le remplaçant par une matrice osseuse.

Lors de l'ossification intramembraneuse, les cellules mésenchymateuses se différencient directement en ostéoblastes sans passer par un stade cartilagineux. Les ostéoblastes sécrètent les composants organiques de la matrice osseuse, qui sont principalement constitués de fibres de collagène, puis déposent du calcium et d'autres minéraux pour minéraliser la matrice, entraînant ainsi la formation de tissu osseux.

Globalement, l'os provient de cellules mésenchymateuses au cours du développement embryonnaire, et sa formation implique la différenciation de ces cellules en chondrocytes (dans l'ossification endochondrale) ou en ostéoblastes (dans l'ossification intramembraneuse).