硬脑膜是一厚而坚毅的两层膜。表层是头骨里面的骨膜，仅松散地附在颅盖，尤其是在后脑与额部粘附更松散，称之为骨膜层。但在颅的缝和颅底则粘附更坚固，难以分离出来。脑部无硬膜内壁。硬脑膜里层较表层厚而坚毅，与硬脊膜在枕骨大孔处续连，称之为脑膜炎层。
关键功效是维护人的大脑。硬脑膜cranial dura mater为3层被膜的最表层，厚而高密度，由二层构成:即里层或脑膜炎层，表层或骨子宫内膜。双层除开分离包绕引流方法脑内血液的静脉窦外，其他位置均并成一层。硬脑膜贴于头骨的里面，血管和纤维束由其进到头骨。在颅缝、颅底和枕骨大孔周边，硬脑膜与骨的融合密不可分。
在少年儿童，从颅缝处去除硬脑膜是很艰难的。而在成年人，硬脑膜在骨缝结合处则与颅缝摆脱。伴随着年纪的增长硬膜变厚、柔韧度降低，并更牢固地与头骨内脸相融合，特别是在在颅顶端。
当硬膜从头骨分离出来时，联接硬脑膜与头骨的纤维束和血管被撕断，故硬脑膜的外边不光滑并有化学纤维，而其中面光洁。硬脑膜的骨子宫内膜层经颅缝和孔与骨外膜相续，并经眶上裂与眶骨膜相持续。当中枢神经越过头骨的孔洞时，硬脑膜层则产生管形的神经鞘。
当神经出颅时，该鞘与神经外膜结合。眼睛神经的硬膜鞘与目光的巩膜相续。硬脑膜的脑膜炎层向内褶叠产生4个隔，把颅腔不完全地隔开为互通的空隙以容下脑的各处。