エナメル質の内部にある象牙質は、骨と同じ硬さを持つ組織です。しかし、エナメル質と比べると軟らかいため、虫歯が進行するとエナメル質を貫通して象牙質に達します。硬度の違いにより、象牙質のむし歯はエナメル質のむし歯よりも進行しやすく、大きな穴（う蝕窩洞、う窩）が容易に出来上がります。
象牙質の内部には神経と血管、コラーゲンなどの複合組織である歯髄があり、これがいわゆる歯の神経です。象牙質まで達したむし歯にはむし歯菌が無数に繁殖し、その一部は歯髄に入り込んで神経の炎症（歯髄炎）を引き起こします。同時にむし歯菌が産生する毒素も歯髄を刺激するため、歯が痛むのです
むし歯になれば、むし歯菌に感染した部分（感染歯質）を全て削り取り、その部分を何らかの材料で封鎖する必要があります。治療により歯髄への刺激を取り除くと歯髄炎が治まり、痛みが消失します。
