Der Oberschenkel beherbergt sowohl den größten Knochen des Menschen, den Oberschenkelknochen (Femur), als auch den größten Muskel, den Quadrizepzsmuskel (vierköpfiger Oberschenkelmuskel, Kniestrecker). An seinem oberen Ende trägt der Oberschenkelknochen die tischtennisballgroße Kugel des Hüftkopfs (Oberschenkelkopf, Caput femoris), die sich in der Pfanne des Beckenknochens frei bewegt. Als Kugelgelenk bietet die Hüfte eine große Mobilität; das Bein lässt sich beugen, strecken, abspreizen, anziehen und drehen. Gegen ein Auskugeln ist das Hüftgelenk durch einen Mantel aus kräftigen Bändern gesichert, den stärksten des gesamten Körpers.

An die Kugel schließt sich der 10–15 cm lange, schräg gestellte Schenkelhals an. Durch seine Stellung wird er nicht nur durch Druck von oben, sondern auch stark auf Biegung beansprucht. Das Knochenmaterial ist jedoch, ähnlich wie Beton, gegen Biegebelastung wenig widerstandsfähig. Hinzu kommt in höherem Alter der Abbau der Knochenmasse (Osteoporose). Die Osteoporose ist der Grund dafür, dass Brüche des Schenkelhalses und des körpernahen Oberschenkels im Alter so häufig sind. Am großen Rollhügel (Trochanter major), einem Knochenvorsprung, der an der Außenseite der Hüfte gut zu fühlen ist, mündet der Schenkelhals in den langen geraden Anteil des Oberschenkelknochens, den Schaft. Dieser verläuft leicht schräg im Oberschenkel, sodass sich insgesamt eine senkrechte Linie und damit eine axiale Belastung vom Zentrum des Hüftgelenks zum Zentrum des Kniegelenks ergibt. Dieses bildet den unteren Abschluss des Oberschenkels.

Zahlreiche Muskelgruppen sind an der Bewegung des Oberschenkels beteiligt, insbesondere Teile der Gesäßmuskulatur, der Quadrizepsmuskel an der Vorderseite, der Beinbizeps an der Rückseite und die (für das Anziehen des Oberschenkels zuständigen) Adduktoren an der Schenkelinnenseite, eine Muskelgruppe, die das Bein an den Körper heranzieht. Sie entspringen großteils am Becken, teilweise auch an der Wirbelsäule.