角膜的结构分为五层，包括上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层和内皮层，各层结构共同维持其透明性、屈光性和保护性功能。这种分层结构通过不同的组织特性实现视觉传递和眼部保护。
上皮层由复层鳞状上皮细胞构成，排列紧密且具有再生能力。其表层细胞通过微绒毛结构增加泪液吸附，形成光滑的光学表面，同时紧密连接阻止病原微生物侵入。中间层细胞分泌生长因子促进损伤修复，基层细胞通过分裂补充脱落细胞，这种再生能力保障了角膜的完整性。
基质层占角膜厚度的90%，由平行排列的胶原纤维板层和角膜细胞构成。胶原纤维直径一致且间距相等，这种精确的几何排列使入射光线发生相长干涉，实现98%以上的透光率。角膜细胞通过分泌蛋白多糖维持纤维间距稳定，异常排列会导致散射而影响透明度。纤维的纵向张力与眼内压形成动态平衡，维持角膜曲率稳定。
内皮层单层六边形细胞通过钠钾泵主动转运离子，形成渗透梯度将基质层水分泵入前房。细胞间紧密连接构成血-房水屏障，这种双向屏障功能维持角膜脱水状态。内皮细胞密度低于临界值（约500个/mm²）会导致泵功能失代偿，引发角膜水肿和透明度下降。
角膜的无血管结构通过泪液渗透和房水扩散获取营养，这种特殊代谢方式避免血管生长影响光学性能。前弹力层作为上皮基底膜的强化结构，其弹力纤维交织排列可缓冲外力冲击。后弹力层具有弹性回缩特性，在眼压波动时维持形态稳定。各层结构协同作用，使角膜既能精确折射光线，又能抵御外界损伤。定期眼科检查有助于早期发现结构异常，佩戴防护镜可减少机械性损伤风险。