大腿前侧最引人注目的肌肉是股四头肌。股四头肌十分庞大，正如它的名字那样，它有四个分开的头，对应的肌肉名称分别为股直肌、股外肌、股内肌、股中肌。这四块肌肉最后集中到髌骨，与胫骨前面的胫骨粗隆连接。胫骨前面和大腿骨后面一样，有粗糙隆起，中间有肌肉。
膝盖伸展时用到股四头肌，比如踢足球就需要股四头肌发力。
大腿前面的肌肉负责膝盖伸展，大腿后面的肌肉负责膝盖弯曲。大腿后面的肌肉通常称作hamstring（腘肌，有时也称腘绳肌），ham是大腿的意思，string是绳子的意思。这也是一个肌肉群，包括股二头肌、半腱肌和半膜肌。股二头肌有长头和短头，因为数的方法不同，有时也认为这里是四块肌肉。
大腿后侧肌肉开始于坐骨结节，坐骨结节位于臀部坐在椅子上时的臀部座面，在膝盖后侧分为左右两块，膝盖后面朝向外侧腓骨的肌肉称股二头肌，膝盖内侧朝向胫骨的肌肉称半腱肌和半膜肌，这些肌肉中只有股二头肌的短头开始于大腿骨。
腘绳肌在膝盖弯曲时发力，很容易撕裂。
综上所述，大腿前面和后面的肌肉负责膝盖弯曲和伸展，另外还有负责骨关节内旋、膝并拢的内旋肌群，最具代表性的是大收肌和长收肌。