البناء باستخدام المكعبات.

يتكوّن القوس الحجري من كتل إسفينية الشكل تُسمّى أحجار العقد (تُنطق «voo-SWAHR»). تُرصّ هذه الكتل على إطار خشبي مؤقت يُسمّى التوسيط (أو الهيكل الداعم المؤقت)، وهو يُبقي كل حجر في مكانه الصحيح. أمّا الحجر الأخير، الموجود عند القمة، فهو حجر المفتاح. ولا يبدأ القوس بحمل وزنه إلا بعد وضع هذا الحجر وإزالة التوسيط. قبل ذلك، لا تكون الأحجار سوى كومة ستنهار إذا اختفى الإطار.

يتمتّع حجر المفتاح بسمعة شهيرة، لكنه ليس مميزًا بالطريقة التي يظنها الناس. كل حجر من أحجار العقد يحمل الدفع. يُغلق حجر المفتاح الحلقة ويتيح للضغط أن يبدأ عمله، لكنه لا يُبقي القوس قائمًا بمفرده. وفي كثير من الأقواس، يكون حجر المفتاح في الواقع من أقل الأحجار تحمّلًا للحمل.

كيف يمكن لحجر لا يحتوي على غراء أن يبقى قائمًا أصلًا؟ لا يحب الحجر أن يتعرض للسحب، والمفاصل الجافة لا تستطيع مقاومة السحب إطلاقًا. لذلك يجب أن يبقى القوس تحت الضغط في كل مكان. وأداة المهندس هي خط الدفع: تخيّل المسار الذي تسلكه القوة عبر الأحجار، من الأعلى، مرورًا بكل مفصل، وصولًا إلى الأساس. عند كل مفصل، تؤثر القوة في نقطة واحدة.

• إذا كان خط الدفع عند منتصف المفصل، ينضغط الحجر بالتساوي.
• إذا تحرّك نحو الحافة، يتجمع الضغط عند تلك الحافة، وتخفّ الأحمال عن الحافة الأخرى.
• إذا بقي داخل الثلث الأوسط من سُمك الحجر، يظل المفصل كله تحت الضغط: لا يوجد شد في أي مكان. بالنسبة إلى مقطع مستطيل سُمكه t، فإن ضغطًا N يؤثر على بُعد e من المركز، ويعطي ضغوطًا عند الحافتين مقدارها (N ÷ t) · (1 ± 6e ÷ t)، وتصل الحافة الأقل ضغطًا إلى الصفر تمامًا عند e = t ÷ 6، وهي حافة الثلث الأوسط.
• إذا غادر خط الدفع الحجر، ينفتح المفصل، وتبدأ الأحجار في الدوران حول مفاصلها.

ينهار القوس الحجري عادةً لا بسبب الانسحاق، بل بتحوله إلى آلية. عندما يلامس خط الدفع حافة الحجر عند وصلة، تعمل تلك الوصلة كمفصلة. أربع مفصلات في المواضع الصحيحة تحول القوس نصف الدائري إلى وصلة متحركة، فينهار. هذه هي آلية المفصلات الأربع.

حوّل المهندس البريطاني جاك هايمن هذه الفكرة إلى قاعدة بسيطة وجميلة في 1960s (في كتابه الهيكل الحجري). افترض أن الحجارة لا تنزلق ولا تنسحق ولا يمكن فصلها عن بعضها. عندئذٍ إذا استطعت إيجاد أي خط دفع يبقى داخل القوس تحت تأثير الأحمال، فسيظل القوس قائماً. لا تحتاج إلى معرفة ما يفعله القوس فعلياً؛ يكفي أن تُظهر وجود مسار آمن. للقوس الأكثر سمكاً مساحة أكبر لمرور الخط، لذلك يكون أكثر أماناً. والقوس نصف الدائري ذو السمك المنتظم، الذي يحمل وزنه فقط، يحتاج إلى سمك لا يقل تقريباً عن عُشر نصف قطره؛ أما الحمل النقطي الثقيل أو هبوط أحد المساند فيتطلب سمكاً أكبر.

لهذا يتحمل القوس الحجري التشققات والحركات البسيطة: إذ يمكنه إيجاد خط دفع آخر. ولهذا أيضاً يمكن لحمل ثقيل موضوع في المكان الخطأ، مثل شاحنة ثقيلة على جسر قديم، أن يبدأ تكوين مفصلة لا يسببها الحمل العادي أبداً.