伸膝装置由股四头肌、髌骨、髌腱构成。当股四头肌的突然的收缩力的峰值超出伸膝装置的某一薄弱部分的力学负荷极限时，将会导致伸膝装置的断裂，包括髌骨骨折。伸膝装置的断裂可以是不完全的断裂，即部分胶原纤维的微观撕裂，使伸膝装置的张力减小，长度增加。直接的切割伤也同样可以造成股四头肌或髌腱的断裂。