Cangkok tulang menggunakan pengganti alami atau sintetis untuk menggantikan tulang yang hilang atau patah, yang memungkinkan jaringan tulang pasien sendiri untuk menghasilkan jaringan baru untuk menggantikan bahan sintetis yang digunakan dalam pencangkokan. Cangkok tulang sintetis menggunakan bahan-bahan yang diproduksi secara komersial yang secara struktural serupa dan memiliki sifat biomekanik yang mirip dengan jaringan tulang. Cangkok tulang sintetis dapat dibuat dari bahan seperti keramik, matriks tulang demineralisasi, koral atau campurannya. Sementara cangkok tulang sintetis masih digunakan jauh lebih jarang daripada cangkok yang dibuat dari tulang pasien sendiri, cangkok tulang menghilangkan risiko infeksi dan rasa sakit yang terkait dengan pengambilan dan dapat digunakan dalam jumlah besar.
Bahan cangkok tulang memiliki tiga fungsi utama: osteogenik, osteoinduktif dan osteokonduktif. Bahan osteogenik membantu membentuk jaringan dan sel tulang baru. Cangkok osteoinduktif bertindak untuk mendorong sel berubah menjadi osteoblas. Cangkok osteokonduktif bertindak sebagai struktur tiga dimensi di mana jaringan baru dapat tumbuh. Cangkok tulang sintetis biasanya hanya mengandung satu atau dua sifat ini.
Mayoritas cangkok tulang sintetis menggunakan bahan keramik, yang berpori dan menyediakan struktur untuk pertumbuhan tulang. Keramik yang mengandung bahan kalsium fosfat, seperti senyawa turunan hidroksiapatit dan komposit trikalsium fosfat, bersifat osteokonduktif, osteogenik dan terkadang dapat bersifat osteoinduktif. Beberapa bahan keramik, seperti bioglass, tidak mengandung protein pertumbuhan alami dan biasanya diresapi dengan sumsum tulang dan protein pertumbuhan tulang lainnya untuk mendorong regenerasi sel. Bahan-bahan ini berfungsi sebagai perancah untuk jaringan tulang baru, dan mereka larut begitu saja setelah struktur tulang baru terpasang.
Matriks tulang demineralisasi (DBM) mengandung kolagen dan bahan pertumbuhan yang telah diambil dari tulang mayat. DBM mengandung protein osteoinduktif alami yang disebut protein morfogenetik tulang (BMP), yang merangsang pembentukan jaringan tulang baru. DBM hadir dalam format pasta, gel, dempul, atau bubuk karena proses ekstensif yang diperlukan saat mengekstrak komponennya. Bahan lain biasanya dikombinasikan dengan DBM jika cangkok tulang membutuhkan sifat struktural.
Cangkok tulang karang dibuat dari kerangka luar karang laut. Cangkok tulang sintetis yang terbuat dari karang menyerupai struktur jaringan tulang manusia, tetapi tidak secara alami mengandung protein pertumbuhan. Karang lebih disukai untuk pasien yang menjalani operasi rekonstruksi besar, karena bahannya dapat diperoleh dalam jumlah besar dan menyediakan struktur yang kuat untuk pertumbuhan kembali tulang.
Cangkok komposit adalah campuran keramik dan DBM. Dengan menggabungkan kedua bahan tersebut, cangkok memiliki struktur dan protein pertumbuhan yang dibutuhkan untuk membentuk jaringan tulang baru. Kebanyakan bahan sintetis hanya memberikan kekuatan atau protein yang dibutuhkan, sehingga cangkok komposit dapat efektif dalam menyediakan perancah untuk pembentukan tulang baru dan dalam mendorong pertumbuhan sel-sel baru.