Axelns anatomi kan diskuteras huvudsakligen i tre koordinerande system: dess ben, muskler och bindväv. Det centrala elementet i axeln är dess kulled, eller enarthrodial, led. Medan den motsatta tummen oftast krediteras som den benleden som är mest unik för den mänskliga arten, kan samma argument framföras för den mångsidiga axeln. Delvis på grund av kraven från den moderna sportunderhållningsindustrin, har axelns anatomi och dess kinesiologi, eller analys av dess rörelse, studerats väl.
Överarmsbenet, som kallas överarmsbenet, är ledat i sin främre ände av en stor, nästan perfekt halvklotformad hatt som helt enkelt kallas huvudet. Den ligger perfekt inbäddad i en konkavitet av skulderbladsbenet eller skulderbladet. Denna glenoidkavitet och caput humeri utgör kulleden, dämpad för att svänga fritt av mjukare benvävnad som kallas brosk. Leden hålls ihop på plats med hjälp av senor och ligament, två typer av bindväv.
En av senor som är fäst vid den övre spetsen av glenoidkavitetens socket förbinder bicepsmuskeln i överarmen. Mittemot fäster en sena tricepsmuskeln, och de två motverkar för att möjliggöra de rörelser som kallas flexion och extension av axeln. Den mest framträdande muskeln i axeln är deltoideus, vars triangulära form kapslar in axeln fram, bak och i sidled. En av deltamusklernas fästpunkter är skulderbladets bakre undre läpp. En annan punkt ansluter till nyckelbenet, medan en tredje insättningspunkt är en tjock sena som når nästan halvvägs ner i humerusbenet. Ytterligare muskler som förbinder humerus med scapula inkluderar den stora triangulära subscapularis, supraspinatus och infraspinatus, och teres major och minor muskler.
De olika musklerna som arbetar i kombination gör att axelleden kan fungera med ett extraordinärt rörelseomfång. Förutom flexion och extension är abduktion och adduktion armarnas motsatta rörelse bort från och tillbaka mot kroppens centrala vertikala axel. Axelns anatomi möjliggör också rotation runt armbenets centrala axel. Mest karakteristiskt, som står för axelledens mångsidighet, är cirkumduktion, definierad av det fria rörelseområdet inom ett koniskt utrymme.
För sin stora bulk kan axelns muskler också utöva avsevärd kraft i de flesta av dess kinestetiska riktningar. Det som främst håller ihop leden under kraft av ansträngande aktivitet är de tjocka senor som förbinder musklerna med sina respektive ben. Ligament hjälper också till i detta avseende, men deras mer kritiska funktion är att hindra leden från att överskrida dess maximala rörelseområde. Syndesmologi är studiet av leders bindväv och deras relation till ledrörelser.
Anmärkningsvärt bland de flera stora ligamenten i axelleden är ledkapseln som helt omsluter den och förhindrar att bollen separeras från sin hylsa med högst 1 tum (2.5 cm). En framträdande broskstruktur under ledkapseln är den glenoidala labrun, som är en förlängning av omkretsen av sockelhåligheten. Detta skyddar dess benkant och griper även bollen. Även om de är relativt små i storlek, innehåller flera bursae – säckar mestadels placerade där senor kommer i kontakt med ben som innehåller synovia – en trögflytande vätska som är viktig för att smörja rörelsen. Slutligen, även om de konventionellt inte ingår som en del av axelns anatomi, är blodkärlen, lymfkärlen, nervfibrerna och annan vävnad som stöder dess hälsosamma funktion.