硬脑膜为3层被膜的最外层，厚而致密，由二层组成：即内层或脑膜层，外层或骨内膜。两层除了分开包绕引流脑内血液的静脉窦外，其余部位均合为一层。硬脑膜贴于颅骨的内面，血管和纤维束由其进入颅骨。在颅缝、颅底和枕骨大孔周围，硬脑膜与骨的结合紧密。在儿童，从颅缝处除去硬脑膜是很困难的。而在成人，硬脑膜在骨缝融合处则与颅缝脱离。随着年龄的增长硬膜增厚、柔韧性减低，并更牢固地与颅骨内面相结合，尤其在颅顶部。当硬膜从颅骨分离时，连接硬脑膜与颅骨的纤维束和血管被撕断，故硬脑膜的外面粗糙并有纤维，而其内面光滑。硬脑膜的骨内膜层经颅缝和孔与骨外膜相续，并经眶上裂与眶骨膜相延续。当脑神经穿过颅骨的孔道时，硬脑膜层则形成管状的神经鞘。当神经出颅时，该鞘与神经外膜融合。视神经的硬膜鞘与眼球的巩膜相续。硬脑膜的脑膜层向内褶叠形成4个隔，把颅腔不完全地分隔为相通的间隙以容纳脑的各部。
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