單個堿基的取代是突變的主要形式，最常發生的是COL1A1或COL1A2上甘氨酸的密碼子被其他氨基酸的密碼子所取代，而甘氨酸是三股螺旋中每條α鏈上的最本質的氨基酸。當其被取代時，就會導致疾病的發生。除取代單個堿基外，其他突變還包括插入、缺失、DNA剪接缺陷及COL1A1無效等位基因的出現。
每個成骨不全的家族有自己固定的缺陷，但也有人報道，曾在不同的家族出現了同一突變，而同一家族中也可出現Ⅰ型膠原基因的不同突變。如果由于缺陷鏈的存在影響了三股螺旋的折疊，那么未折疊的分子將在纖維母細胞內發生堆積，然后被降解。如果缺陷的α鏈已經形成了三股螺旋，螺旋中缺陷的分子可以扭曲，進而妨礙正常膠原纖維的形成，影響纖維的形態。
由于Ⅰ型膠原分子有2條α1（Ⅰ）鏈和1條α2（Ⅰ）鏈，因此發生在α2（Ⅰ）鏈COL1A2的突變要比發生在α1（Ⅰ）鏈COL1A1相類似突變的后果溫和。α鏈上甘氨酸被替代的位置以及其他突變發生的位置在很大程度上決定著突變的后果。
由于三股螺旋結構的形成是從C端朝向N端，因此在多數情況下靠近三股螺旋片段C末端的突變，比發生在N端附近的突變更為嚴重。