探索成熟牙菌斑的构成，以及牙菌斑微生物中细菌从初始定殖到完全成熟的发生模式、生物膜微生物之间的相互作用机制至关重要。电子显微镜观察发现，牙菌斑生物膜包括细胞外基质、囊泡和开方的小管结构，柱形小管上多为革兰氏阳性球菌，1d后会有细丝分枝出现，1周后丝状分枝会出现在柱形小管的顶部，3周后发现球菌消失，生物膜变成丝状，在成熟牙菌斑生物膜中，丝状菌占主导地位。有人用组合标记光谱成像方法(经改进的荧光原位杂交技术)测定到了牙菌斑中15种菌属在空间上的关联性，并发现放线菌和普雷沃氏菌属在维持和建立生物膜复杂性方面起重要作用。

成熟斑块的表面含有更多形态类型的细菌，其共聚形成复杂的结构，形如“玉米芯(corn cobs)”，研究表明该结构是由链球菌和白色念珠菌(Candida albicans)构成。细菌聚集在一起形成固定的微菌落，其在较窄的牙龈部聚集。聚集的结果是形成了不同形状细菌彼此相连的复杂阵列。若长时间不受剧烈干扰，菌斑形成，牙龈边缘变得发炎和肿大。这些炎性变化将导致牙龈深部增加，生物膜延伸到龈下区域并在该环境下繁殖，形成成熟的龈下菌斑生物膜。龈下细菌微菌落主要由革兰氏阴性厌氧菌组成，在龈上斑块形成后的3至12周之间，龈下菌斑在牙龈沟中形成。生物膜中的微生物在牙菌斑成熟过程中并非恒定不变，它们的相对比例显示有变化的趋势。这些变化取决于细菌相互作用以及宿主因素，这些因素都会对随后的结构发展和生物效应产生影响。随着牙菌斑的成熟，兼性和厌氧丝状属(如放线菌属)、棒状杆菌属、梭杆菌属和韦荣氏菌属的比例逐渐增加。

通过洁牙后的跟踪观察来研究牙菌斑的重建过程，人们发现龈上和龈下生物膜细菌种类的恢复有明确的次序。龈上洁治1d后，链球菌和奈瑟菌的相对比例增加；在1–4d时，嗜二氧化碳噬细胞菌、侵蚀艾肯菌、韦荣氏球菌和口腔链球菌的丰度有所增加，在4–7d时，直肠弯曲杆菌(Campylobacter rectus)，弯曲杆菌(Campylobacter showae)、产黑普雷沃氏菌(Prevotella melaninogenica)和变黑普雷沃氏菌(Prevotella nigrescens)丰度升高，龈下菌斑重建与龈上菌斑有很大不同：首先观察到链球菌的比例增加，其次是韦荣氏球菌(Veillonella parvula)和牙龈卟啉单胞菌；在第7天时，嗜二氧化碳噬细胞菌和普氏菌产生，这些发现为揭示时间梯度下的微生物生长模式奠定了基础。