人工膝关节置换术是一项技术要求很高，需要追求细节完美的外科手术，否则并发症较多，手术前需要精心设计。
一、术前诊断
人工关节置换术手术效果因病而异，术前对于原发疾病的了解有助于判断术后疼痛、功能、畸形的改善情况;类风湿性关节炎的全膝关节置换术较骨性关节炎出现并发症的几率要高;严重的关节畸形可能需要准备特殊的假体。
二、阅读X光片
高质量的x片对于术前测量有重要价值，应在中立位拍片，避免股骨内、外旋，最好要事先标记放大率，现在普遍使用的数字X光机并不具备此项功能。股骨存在明显弓形时，可能为外旋位拍片所致，测量股骨远端的截骨角度会变大，应避免过度外翻截骨，可通过髓外定位复查。关节边缘骨赘将影响内外侧韧带平衡，也将影响截骨面大小的判断。后关节囊游离体将影响术后伸膝功能和深屈曲。
三、X片测量和模板测量
负重位下肢全长片有助于判断下肢力线异常，但是许多医院不具备此项检查条件。测量内容包括股骨机械轴、股骨解剖轴、机械轴与解剖轴的夹角，以决定术中截骨板与髓内定位杆的夹角，胫骨平台截骨面应与机械轴垂直。入髓点位于髁间窝正中，后交叉韧带止点上方5mm，内外侧偏移将导致截骨面内外翻偏差，髓腔太宽时更易出现。
四、选择膝关节假体类型
对不同假体的设计特点和适用范围要心中有数。膝关节假体按照不同分类方法可分为表面置换假体与限制性假体、骨水泥型假体与非骨水泥型假体，固定平台假体与旋转平台假体、普通屈曲假体与高屈曲假体、后交叉韧带保留与后稳定型假体。不同的假体价格悬殊很大。
五、选择固定方式
骨水泥型固定骨-假体界面间轻度不匹配可通过骨水泥消除，非骨水泥型则要求截骨几近完美。二者初期结果差不多，国内一般采用骨水泥固定。
六、骨缺损处理预案
初次置换中常见的缺损形式是胫骨平台后内侧骨缺损，往往伴严重膝内翻，股骨缺损并不常见，严重膝外翻可有股骨外髁的骨缺损或发育不全。翻修术中经常会遇到明显的骨缺损，骨缺损的处理方式取决于骨缺损的程度和部位，包括骨水泥充填、自体骨植骨、异体骨植骨、组配式金属楔块等。
骨水泥充填适用于深度5mm以内的小的骨缺损、包容性缺损、老年患者，但是骨水泥生物力学特性相对较差，不宜用于大块的节段性骨缺损，尤其是年轻病人，因其不能恢复骨量。
自体骨植骨适用于缺损深度大于5mm，侵及50%以上的一侧胫骨平台及年轻患者。自体骨植骨的优点在于易整合、愈合可靠、稳定耐久，但是取材有限。
异体骨植骨适用于大块包容性或节段性骨缺损、无自体骨或自体骨骨量不足，但是异体骨与宿主骨融合的远期成功尚无把握。
组配式金属楔块的适应症包括中等程度的骨缺损、老年和翻修患者，但是不能恢复骨量，并且价格昂贵。
七、畸形的类型和程度
严重的内外翻畸形和(或)关节不稳定可选用限制性假体，随着手术技术的改进，非限制性假体的应用范围越来越广泛。旋转铰链膝关节假体可作为最后的选择，本身具有良好的对线和内在稳定性，手术操作较简单，但假体松动、晚期感染发生率高。特殊病例可能需要一些特殊手术器械，也需事先准备。
八、功能需求
手术设计因人而异，术前既要考虑到病人的功能需求，也要结合现实合理和经济承受能力。经常下蹲、跪拜、打坐的病人高屈曲膝关节假体是一种更好的选择;体型较胖的人与体型瘦小的人相比，股骨远端截骨的外翻角度偏小为宜;对大多数病人而言，恢复无痛、活动良好并且稳定的膝关节从而获得生活自理能力是最基本和最现实的要求。
九、髌骨成形术与髌骨置换术
现有的资料表明，髌骨置换术和髌骨成形术效果相似，并且不受髌骨退变程度的影响，髌骨置换与否取决于医生的取向，但是下列情况不置换髌骨：
髌骨关节面基本正常
肥胖患者，髌骨疼痛和并发症发生率高
髌骨薄(小于18mm)或磨损严重
年轻活跃的患者，松动风险大
十、手术顺序
双侧膝关节置换手术可以分两次住院分次手术完成，一次住院分次手术以及一次住院一期完成，视具体情况而定;对于某些特殊的病例如同侧髋、膝关节同时置换，先行髋关节置换再行膝关节置换。