硬脑膜位于颅内，从结构上看是双层膜，厚且坚韧，主要的作用就是保护大脑。硬脑膜的外层和颅骨直接接触，在头顶的部位连接比较疏散，在颅底连接比较紧密，硬脑膜的内侧要比外层厚。硬脑膜的主要供应动脉是脑膜中动脉、椎动脉和脑膜前动脉也可以给硬脑膜供血。
硬脑膜在枕骨大孔的部位逐渐延续为硬脊膜，硬脑膜的内层在颅内会形成皱褶，常见的结构有大脑镰，位于两侧大脑的中间位置，还包括小脑幕、小脑镰、鞍膈。当人的头颅受到外伤时容易发生颅骨的骨折，会导致硬脑膜损伤，硬脑膜损伤会伤及脑膜中动脉，发生硬膜外血肿，属于临床上的急症，要密切观察，必要时手术治疗。