當牙冠發育即將完成時，牙根開始發育。首先是內釉上皮和外釉上皮在頸環處增生，向未來的根尖孔方向生長，這些增生的雙層細胞稱為上皮根鞘。上皮根鞘的內側面包繞著牙乳頭細胞，上皮根鞘的外面被牙囊包繞。被上皮根鞘包繞的牙乳頭細胞也向根尖部增生，其與上皮根鞘相接觸的細胞分化成成牙本質細胞，形成根部牙本質。上皮根鞘繼續生長並向根尖孔處呈45°角彎曲，形成一個中間有孔的盤狀結構，稱為上皮隔。其中間的孔即未來的根尖孔。
在單根牙形成中，上皮根鞘的內層細胞誘導鄰近的牙髓細胞，分化為成牙本質細胞進而形成牙本質。牙本質形成後，其表面的上皮根鞘發生斷裂，使上皮根鞘與根部牙本質分離，並向牙囊的深層移動，斷裂的上皮根鞘呈網狀包繞在牙根的周圍。此時牙囊中的間充質細胞立即進入斷裂的上皮細胞之間，並與牙根部牙本質接觸，在該處分化成成牙骨質細胞，並分泌牙骨質基質，經礦化後形成牙骨質。而斷裂的上皮根鞘細胞進一步離開根面，大部分被吸收，部分可遺留在發育中的牙周膜中，稱上皮剩余，也稱馬拉瑟上皮剩余（Malassezepithelialrest）。此上皮遇刺激可形成牙源性囊腫或牙源性腫瘤。
多根牙的形成是由上皮隔的發育所決定的。首先在上皮隔上長出兩個或三個舌狀突起，然後增生伸長，與對側突起相連，此時上皮隔中央的單個孔被分隔成兩個或三個孔，將形成雙根或三根。發育過程同單根牙。
在牙根發育過程中，如上皮根鞘的連續性受到破壞，或在根分歧處上皮隔的舌側突起融合不全，則不能在該處誘導出成牙本質細胞，引起該處牙本質的缺損，牙髓和牙周膜直接相通，即側支根管。如上皮根鞘在牙本質形成後仍不斷裂並附著在牙根部牙本質表面，則牙囊的間充質細胞不能與根部牙本質接觸，也就不能分化出成牙骨質細胞，這樣在牙根表面形成牙骨質缺乏，易引起牙本質過敏。
