龟壳的结构分为背甲与腹甲两部分。背甲起源于脊椎骨的延长和肋骨的扁平化，这些骨骼逐渐向背部延伸并相互愈合，形成了中央的椎板和两侧的肋板。幼年海龟的背甲上可见清晰的骨缝，随着生长发育，骨板边缘会不断增生，最终形成整的盾甲结构。现代海龟的背甲表面覆盖着角质盾片，这些盾片如同人类的指甲，会随生长周期脱落更新。
腹甲则由胸骨和锁骨演化而来，通过骨桥与背甲连接成闭合的骨盒结构。这种设计不仅为内脏器官提供了刚性保护，还能在海龟遭遇捕食者时通过收缩四肢和头部实现自我防御。研究显示，龟壳内部有丰富的血管网络，部分种类甚至能通过壳甲进行辅助呼吸，在潜水时吸收水中的溶氧。
胚胎发育研究揭示了龟壳形成的关键过程：在海龟胚胎阶段，肋骨并未像其他爬行动物那样向体侧生长，而是向上包裹脊柱，最终与真皮层共同发育为背甲。这种独特的发育模式证明龟壳是脊椎动物骨骼特化的极端案例，而非后天形成的外部结构。
龟壳的演化成功塑造了海龟独有的生存策略。它既是防御堡垒，也是骨骼支撑系统，使海龟能在陆地与海洋环境中灵活切换。这种将骨骼转化为外部装甲的演化智慧，让龟类成为地球上生存历史最悠久的爬行动物之一。