硬腦膜是由兩層組成，內層即腦膜層，外層即骨內膜。兩層除了分開包繞引流腦內血液的靜脈竇之外，在其余的部分均會合為一層。硬腦膜的外面粗糙并有纖維，其內膜比較光滑，硬腦膜的骨內膜層經顱縫和孔與骨外膜相續，并經眶上裂與眶骨膜相延續。當顱神經穿過顱骨的孔道時，硬腦膜層則會形成管狀的一個神經鞘。當神經出顱時，神經鞘會與神經外膜相融合，視神經的硬腦膜鞘會與眼球的鼓膜相延續，硬腦膜的腦膜層向內會形成皺疊形成四個格。這個格把顱腔，不完全地分割為互相相通的一個間隙，這樣可以容納腦部各種組織結構。