磷灰石，也稱為羥基磷灰石 (HA)，是一種天然存在的鈣磷灰石礦物形式，分子式為 Ca5(PO4)3(OH)，但通常寫作 Ca10(PO4)6(OH)2 表示 晶體晶胞包含兩個實體。 磷灰石是復合磷灰石基團的羥基端元。 OH-離子可被氟化物、氯化物或碳酸鹽取代，生成氟磷灰石或氯磷灰石。 它在六方晶系中結晶。 純的羥基磷灰石粉末是白色的。 然而，天然存在的磷灰石也可以呈現棕色、黃色或綠色，類似于氟斑牙的變色。

高達 50% 的體積和 70% 的人體骨骼是一種改性形式的羥基磷灰石，被稱為骨礦物質。 碳酸缺鈣羥基磷灰石是構成牙釉質和牙本質的主要礦物質。 在乳腺腫瘤等病理性鈣化以及松果體（和大腦的其他結構）內的鈣化（稱為星狀體或腦沙）中也發現了大麻灰石晶體。

羥磁灰石可以通過多種方法合成，例如濕化學沉積、仿生沉積、溶膠-凝膠途徑（濕化學沉淀）或電沉積。 羥基磷灰石納米晶體懸浮液可以按照以下反應方程式通過濕化學沉淀反應制備：

10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O

合成復制羥基磷灰石的能力具有無價的臨床意義，尤其是在牙科領域。 每種技術都會產生具有不同特征（例如大小和形狀）的羥基磷灰石晶體。 這些變化對化合物的生物學和機械性能有顯著影響，因此這些羥基磷灰石產品具有不同的臨床用途。

缺鈣（非化學計量）羥基磷灰石 Ca10-x(PO4)6-x(HPO4)x(OH)2-x（其中 x 介于 0 和 1 之間）的 Ca/P 比介于 1.67 和 1.5 之間。 Ca/P 比常用于討論磷酸鈣相。 化學計量的磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2 的 Ca/P 比為 10:6，通常表示為 1.67。 非化學計量相具有帶陽離子空位 (Ca2+) 和陰離子 (OH-) 空位的羥基磷灰石結構。 化學計量羥基磷灰石中僅由磷酸鹽陰離子占據的位置被磷酸鹽或磷酸氫鹽、HPO42-、陰離子占據。這些缺鈣相的制備可以通過從硝酸鈣和磷酸二銨與所需 Ca/ P 比，例如，制備 Ca/P 比為 1.6 的樣品：

9.6 Ca(NO3)2 + 6 (NH4)2HPO4 → Ca9.6(PO4)5.6(HPO4)0.4(OH)1.6

燒結這些非化學計量相形成固相，它是磷酸三鈣和羥基磷灰石的緊密混合物，稱為雙相磷酸鈣：

Ca10?x(PO4)6?x(HPO4)x(OH)2?x → (1 ? x) Ca10(PO4)6(OH)2 + 3x Ca3(PO4)2

Odontodactylus scyllarus（孔雀螳螂蝦）的棒狀附肢由密度極高的礦物構成，具有更高的比強度； 這導致了對潛在合成和工程用途的調查。 由于沖擊區域主要由具有顯著硬度的結晶羥基磷灰石組成，因此它們的指節附屬物具有出色的抗沖擊性。 沖擊層下方的周期性層由鈣和磷含量較低的羥基磷灰石組成（因此導致模量低得多）通過迫使新裂紋改變方向來抑制裂紋擴展。 由于模量的巨大差異，該周期性層還減少了跨兩層傳輸的能量，甚至反射了一些入射能量。

羥磷灰石存在于骨骼和牙齒中； 骨主要由散布在膠原蛋白基質中的透明質酸晶體構成——骨質的 65% 到 70% 是透明質酸。 同樣，HA 占牙齒中牙本質和牙釉質質量的 70% 至 80%。 在牙釉質中，HA 的基質由牙釉蛋白和牙釉質而不是膠原蛋白形成。

肌肉灰石沉積在關節周圍的肌腱中，導致鈣化性肌腱炎。

牙釉質的再礦化涉及將礦物質離子重新引入脫礦質的牙釉質中。 羥磷灰石是牙釉質的主要礦物質成分。 在脫礦質過程中，鈣離子和磷離子從羥基磷灰石中被抽出。 再礦化過程中引入的礦物離子可恢復羥基磷灰石晶體的結構。 如果在再礦化過程中存在氟離子，通過水氟化或使用含氟牙膏，會形成更堅固、更耐酸的氟磷灰石晶體，而不是羥基磷灰石晶體。