En su extremo proximal, el fémur forma una apófisis lisa y esférica conocida como cabeza del fémur. La cabeza del fémur forma la articulación esférica de la cadera con el acetábulo en forma de copa del hueso coxal (cadera). La forma redondeada de la cabeza permite que el fémur se mueva en casi cualquier dirección en la cadera, incluyendo la circunducción así como la rotación alrededor de su eje. Justo en la parte distal de la cabeza, el fémur se estrecha considerablemente para formar el cuello del fémur. El cuello del fémur se extiende lateral y distalmente desde la cabeza para proporcionar espacio adicional para que la pierna se mueva en la articulación de la cadera, pero la delgadez del cuello proporciona una región susceptible de fracturas.
Al final del cuello, el fémur gira unos 45 grados y continúa distalmente y ligeramente medial hacia la rodilla como el cuerpo del fémur. En la parte superior del cuerpo del fémur, en el lado lateral y posterior, hay una proyección ósea grande y rugosa conocida como trocánter mayor. Justo medial y distal al trocánter mayor hay una proyección más pequeña conocida como trocánter menor. Los trocánteres mayor y menor sirven como lugares de fijación muscular para los tendones de muchos músculos potentes de la cadera y la ingle, como el grupo del iliopsoas, el glúteo medio y el aductor largo. Los trocánteres también ensanchan y refuerzan el fémur en una región crítica de grandes tensiones debido a los traumatismos externos y a la fuerza de las contracciones musculares.
En su extremo distal, el fémur forma la articulación de la rodilla con la tibia de la pierna. El extremo distal del cuerpo del fémur se ensancha significativamente por encima de la rodilla para formar los cóndilos medial y lateral redondeados y lisos. Los cóndilos medial y lateral del fémur se unen a los cóndilos medial y lateral de la tibia para formar las superficies articulares de la articulación de la rodilla. Entre los cóndilos hay una depresión llamada fosa intercondilar que proporciona espacio para el ligamento cruzado anterior (LCA) y el ligamento cruzado posterior (LCP), que estabilizan la rodilla a lo largo de su eje anterior/posterior.