膝关节矫形支具的工作原理主要基于生物力学调控与机械约束机制，其效能取决于结构设计对关节运动自由度的精准干预。对于功能性支具，其核心在于模拟韧带的动态稳定作用。例如，在前交叉韧带损伤后，胫骨相对于股骨存在前向过度位移趋势，支具通过刚性侧支柱（通常由碳纤维或铝合金制成）配合铰链式关节机构，在矢状面提供抗前移力矩，同时允许屈伸运动，从而在行走或轻度活动中维持关节稳定性。此类支具常采用三点力系统（Three-point force system）：两个反作用点位于大腿和小腿，主施力点位于胫骨近端前方，形成力学闭环以抑制异常位移。

免荷型支具则利用杠杆原理改变下肢力线，将负重从病变间室转移至健康间室。以内侧骨关节炎为例，支具通过外侧加压与内侧牵张，在冠状面产生外翻力矩，使膝关节力线向外偏移5°–10°，显著降低内侧间室接触压力（研究显示可减少20%–40%）。该过程依赖于精确的对线调节机构，如可调式连杆或气囊系统，确保力线调整既有效又不引起对侧间室过度负荷。此外，部分康复性支具配备可锁定铰链，支持在0°–120°范围内分阶段限制活动范围（ROM），以适应术后不同愈合阶段的需求，例如在ACL重建术后早期限制屈曲角度以保护移植物，后期逐步增加活动度以恢复功能。

现代智能支具进一步引入机电一体化技术，如嵌入式角度传感器、加速度计与无线传输模块，可实时记录关节活动度、使用时长及步态参数，为临床决策提供客观数据支持。此类设备虽尚未普及，但代表了未来发展方向，其工作原理已从被动机械干预转向主动生理反馈与行为干预相结合的综合模式。