במצב של ברך תקינה החלק התחתון של עצם הירך (פמור) נע בחופשיות על החלק העליון של עצם השוקה (טיביה) כמו כן הפיקה (פטלה) נעה לאורך הפמור, כאשר כל קצה של עצם מכוסה בשכבה של סחוס. מטרתו של הסחוס בקצות העצמות היא לאפשר תנועה חלקה של עצם על עצם ובכך גם להגן על העצם. בין הטיביה לפמור נמצא גם המיניסקוס המשמש בין השאר כ"סופג זעזועים" ובכך גם מגן על תנועתיות המפרק ותפקודו. כאשר הסחוס נשחק בכל אחד מן העצמות (או בחלקן) נוצר מצב בו עצם נעה על גבי עצם, דבר המוביל לכאבים רבים ולעיתים גם שחיקה ובפגיעה בעצמות עצמן.
במהלך ניתוח להחלפת ברך המנתח משייף ומסיר את החלקים הפגועים במפרק בחלק העליון של עצם השוק, החלק התחתון של עצם הירך ובמידת הצורך גם את עצם הפיקה ובמקומם מושתל רכיב מתכתי המדמה ומחליף את העצם ששוייפה , כאשר בין שני הרכיבים מוכנס פלסטיק עמיד מיוחד (פוליאתילן) שעליו ינוע החלק המתכתי של הפמור. המשתל מקובע לעצם באמצעות צמנט רפואי ("דבק") מיוחד.
ניתוח החלפת מפרק ברך הינו ניתוח נפוץ מאוד עם אחוזי הצלחה גבוהים אשר במרבית המטופלים ישרוד גם עשורים לאחר הניתוח. הניתוח התפתח מאוד לאורך השנים ונכון להיום קיימות שתי שיטות ניתוחיות לבצע את ההליך הכירורגי: השיטה המסורתית (המכאנית) והשיטה הקינמטית (אינדיבידואלית).
חשוב להבין כי ניתוח החלפת ברך מצליח ברוב המקרים להפחית משמעותית את הכאבים ולשפר את איכות החיים, אך, עדיין כ-10-20% מהמטופלים עשויים לדווח על חוסר שביעות רצון מסויים מהתוצאה הניתוחית ולכן חשוב מאוד תיאום הציפיות למול הרופא המנתח. על מנת לצמצם את הפער בשביעות הרצון פותחו לאחרונה משתלים חדישים ואנטומיים, שיטות ניתוח חדישות ואינדיבידואליות ואף טכנולוגיות חדשניות.
למול ההתפתחות שהובילה התעשיה בתחום זה, בוצעה קפיצת מדרגה ביכולות הכירורגיות משמרות הרקמה הרכה, פרוטוקולים לשיקום מואץ ואופטימיזציה טרום ניתוחית הנדרשת מצד המטופל (איזון מחלות רקע, הפסקת עישון, אימון שרירי טרום ניתוחי, תזונה מותאמת ועוד ועוד) ולכן נכון לומר כי שילוב של שלושת הזרועות הוא כה חיוני להצלחה הניתוחית.