人们对维生素D与胶原关系的认识是从佝偻病骨质的变化开始的。佝偻病的一个特征是软骨基质(cartilagematrix)的钙化受阻。Canas等（）报道，维生素D缺乏时，不仅骨基质钙化困难，骨基质的有机成分也减少，而水分增多。维生素D有促进脯氨酸掺入骨胶原的作用，但未见对皮肤胶原的生成有影响，这表明维生素D能增加佝偻病动物骨胶原的合成。为钙盐的沉积和新骨的形创造条件。
Mechanic等（，）研究维生素D营养状况与骨胶原不同肽链间共价交联(cross-linking)的关系，指出在骨胶原的成熟过程中，必需人维生素D参加。维生素D及其代谢物缺乏时，生成更多不成熟的胶原。Gonnerman等（）报道，维生素D缺乏时鸡的赖氨酰氧化酶(lysyloxidase)活性升高，并且在这种情况下增加食物钙的供给量，对赖氨酰氧化酶的活性也无作用。
Norman,A.W.()指出有可能维生素D的代谢物（1，25-（OH）2D3等）以类固醇激素样的作用方式直接作用于类骨质，使与原胶原(pro-collagen)生成有关的酶生成增加，有人(Russell等，)报道实验动物由于尿*症(uremia)引起肾病骨营养不良(renalosteodystrophy)时，其骨胶原的变化与维生素D缺乏时相似，而皮肤中的胶原无变化。慢性肾功能不全引起的骨营养不良，其特征是骨胶原组成成分（交联与醛基前体）间的比例关系异常。
体内90%以上的柠檬酸盐储存在骨组织中。维生素D缺乏的动物，骨内柠檬酸盐的含量减少。用维生素D进行治疗时，组织中的柠檬酸盐增加，尿柠檬酸盐的排出量也增加。DeLuca等认为维生素D有促进柠檬酸盐分解和抑制柠檬酸氧化的作用。但对于食物柠檬酸是否有抗佝偻病的效果尚待进一步研究。
维生素D有促进无机硫酸盐进入骨基质的作用，对骨基质碳水化物（特别是粘多糖）的代谢也有影响。Ralalingaswami等()研究佝偻病大鼠骨骺软骨在恢复期的组织化学变化，认为维生素D能使软骨骺板增生区的糖原在该区钙化前首先增多。这表明佝偻病软骨不能钙化可能与骨组织糖原代谢障碍有关。