As articulações costovertebrais são encontradas na parte superior das costas entre as vértebras da coluna torácica e a caixa torácica posterior. Existem 12 vértebras torácicas e 12 costelas correspondentes. As articulações costovertebrais são encontradas em ambos os lados das vértebras, onde o final de cada costela se liga entre duas vértebras adjacentes. Um tipo de articulação chamada articulação artrodial ou deslizante, a articulação costovertebral permite que a cabeça da costela gire e deslize levemente contra a vértebra à medida que a caixa torácica se expande durante a inalação.
Nos dois lados do corpo de cada vértebra torácica há um par de concavidades em forma de meia-lua, denominadas semi-facetas, uma na parte superior do corpo vertebral e outra na parte inferior. Como as vértebras adjacentes são empilhadas umas sobre as outras, a semi-faceta na parte inferior de uma vértebra se alinha com uma semi-faceta espelhada no topo da próxima vértebra para formar um encaixe redondo. É aqui que a cabeça da costela se alinha, alternada entre duas vértebras adjacentes.
Além disso, uma projeção que emana dos lados das vértebras imediatamente atrás das articulações costovertebrais, conhecida como processo transversal, é ligada à costela pelo ligamento costotransverso dorsal, formando a articulação costotransversa. Esse ligamento se liga em uma extremidade ao que é chamado de pescoço e tubérculo da costela, superfícies em ambos os lados da coluna vertebral no aspecto posterior ou traseiro de cada costela. A outra extremidade do ligamento se direciona para trás e para dentro, fixando-se ao longo do comprimento do processo transversal no lado anterior ou frontal. Ao fazê-lo, mantém a parte de trás da costela no lugar contra a frente do processo transversal paralelo em ambos os lados da coluna vertebral.
Vários ligamentos conectam as costelas e as vértebras nas articulações costovertebrais, mantendo a cabeça de cada costela contra as vértebras e apoiando o movimento articular. Estes incluem o ligamento capsular, o ligamento radiado e o ligamento interarticular. O ligamento capsular forma um círculo em torno da cabeça da costela como uma coroa e o prende à borda da faceta redonda formada pelos corpos das vértebras adjacentes. Irradiando pela parte frontal da cabeça de cada costela e fixando-se ao corpo vertebral à sua frente, está o ligamento irradiado, que se estende da cabeça da costela como as raízes de uma árvore que penetra no chão em círculo ao redor do tronco. O ligamento interarticular, por outro lado, é encontrado nas articulações costovertebrais, conectando a cabeça da costela a um disco achatado de cartilagem entre ele e a faceta da vértebra.