Comme les autres classes de tissu conjonctif, le cartilage dérive du mésenchyme embryonnaire. Comme le tissu conjonctif ordinaire, il est composé d'éléments cellulaires, un type de cellules appelées chondrocytes, et de matériel intercellulaire appelé matrice cartilagineuse. Celle-ci est relativement solide et, contrairement au tissu conjonctif ordinaire dense comme les tendons et ligaments, n'est pas pliable. Le cartilage peut supporter du poids, mais moins que l'os. Il forme une bonne partie du squelette chez l'embryon et le foetus mais est grandement remplacé par l'os au cours de la croissance chez plusieurs classes animales. Chez l'adulte, il enrobe les extrémités des os dans une articulation (cartilage articulaire) et des côtes. On le retrouve aussi dans des structures extrasquelettiques: une portion des voies respiratoires, les oreilles. Une caractéristique importante du cartilage: il est non vascularisé.

Chez l'embryon, dans certaines régions mésenchymales dépourvues de vaisseaux sanguins, des cellules se regroupent en une population très dense et, avec leurs sécrétions, forment un modèle ayant à peu près la forme de la structure adulte, par exemple un membre, mais à moindre échelle. Au centre du modèle, les cellules mésenchymateuses se différencient en chondroblastes qui sécrètent du matériel intercellulaire typique du cartilage. Les chondroblastes se divisent et s'éloignent les uns des autres à mesure qu'ils sécrètent du matériel cartilagineux. A la périphérie du modèle, les cellules mésenchymateuses sont tassées et parallèles à la surface, formant un genre de feuillet enveloppant le modèle: c'est le périchondre (grec: peri= autour, chondros= cartilage).

Le périchondre comprend deux couches: une couche chondrogénique, interne, de cellules non différenciées qui peuvent se diviser et se différencier en chondroblastes produisant la matrice cartilagineuse, et une couche fibreuse, externe, dont les cellules se différencient en fibroblastes qui sécrètent des fibres de collagène typiques. Ainsi, le cartilage croît de deux façons:

- par croissance interstitielle, i.e., par division des chondroblastes centraux et leur production de matériel intercellulaire, possible tant que la matrice cartilagineuse est assez molle et malléable pour permettre cet ajout, et

- par croissance par apposition, i.e., par addition de chondroblastes de la couche chondrogénique du périchondre et leur production de matériel intercellulaire; elle aussi disparaît presque complètement avec l'âge.

Le chondrocyte est une cellule dont la taille augmente avec l'âge. Son noyau rond ou ovoïde possède un ou plusieurs nucléoles; son cytoplasme clair peut contenir du glycogène et des gouttelettes lipidiques avec l'âge. Il a arrêté de se diviser et de secréter. A cause d'un artéfact de préparation qui cause son rétrécissement, un espace semble exister entre lui et la matrice cartilagineuse qui l'entoure, donnant l'impression que le chondrocyte loge dans une petite chambre ou alvéole. On voit parfois deux ou plusieurs chondrocytes par alvéole (groupe isogène).

La matrice cartilagineuse comprend deux composantes. Les fibrilles de collagène sont beaucoup plus fines que celles des fibres collagéniques ordinaires et leur composition moléculaire diffère quelque peu (collagène de type II). Une substance amorphe abondante, à l'état gel, se compose de glycosaminoglycans non sulfatés (acide hyaluronique) et sulfatés (sulfates de chondroïtine 4 et 6, sulfate de kératane) reliés à des protéines ou à des glycoprotéines. Peu colorée au H&E, la matrice cartilagineuse se colore bien avec le bleu de toluidine ou le PAS.

Le cartilage est un tissu invasculaire. La nature de son matériel intercellulaire abondant permet la diffusion de l'O2 et des substances nutritives à partir des vaisseaux sanguins irriguant la surface du périchondre jusqu'aux chondroblastes et chondrocytes, puis du CO2 et des déchets métaboliques en sens inverse. Ce processus de diffusion ne serait pas possible dans une matrice calcifiée comme l'os.

Selon la composition biochimique de sa matrice, on décrit trois sortes de cartilage: