分三层：

紧贴脑表面，与脑实质不易分离。

在软脑膜外，为近乎透明的薄膜。与软膜之间为蛛网膜下腔，内含脑脊液。蛛网膜下腔在某些部位扩大，形成脑池（如小脑延髓池）。在颅顶中线两旁，蛛网膜形成多个突起，称为蛛网膜粒。与脑脊液的吸收有密切关系。

在蛛网膜之外，是脑膜中最坚韧的一层。硬脑膜由两层构成，其外层实为颅骨内骨膜，内层称固有硬脑膜。硬脑膜与蛛网膜之间有一潜在的腔隙，称硬脑膜下腔，内有少量淋巴液。颅顶部硬脑膜与颅骨粘连较松，颅底则粘连较紧。硬脑膜内层的折叠部分构成下列结构：

1.大脑镰垂于颅骨内板矢状缝下，前达颅前窝，底连于鸡冠，后连小脑幕，恰位于大脑纵裂之内。大脑镰的上下缘有上下矢状窦。

2.小脑幕 小脑幕似帐篷状，位于枕叶和小脑之间，将颅脑隔成幕上和幕下两部分。小脑幕向前附着于前后床突及岩骨嵴，前缘内部游离成半圆形，称为小脑幕切迹，中脑由此通过。小脑幕后缘附着于枕骨横窦沟和枕内粗隆，有横窦通过。小脑幕与大脑镰垂直交叉，交界处内有直窦。

硬脑膜的营养动脉主要是脑膜中动脉。来源于颈外动脉，经棘孔进入颅腔，行于颅骨内面的脑膜中动脉沟内。在棘孔前外方分成前后两支。每支各与两条同名静脉伴行。前支向前外上方行进，在冠状缝后缘向上达颅顶。通过蝶骨外端的脑膜中动脉沟很深，有时甚至形成骨管。此处骨折常撕破脑膜中动脉前支，形成硬膜外血肿。后支分出后，近于水平后行到达人字缝附近。

脑动脉血来源于颈内动脉和椎动脉。颈内动脉入颅后，穿过鞍旁的海绵窦，经前床突向后分成大脑前动脉与大脑中动脉。大脑前动脉在大脑半球内侧面走行于大脑纵裂内，供应大脑半球内侧面。大脑中动脉行于外侧裂内，分布于大脑半球的外侧面额、顶、颞叶。左右椎动脉在脑桥腹侧合成基底动脉，末端分出大脑后动脉，供应大脑半球底面及枕叶；基底动脉分出的小脑上动脉及椎动脉分出的小脑后下动脉供应小脑，后者还供应延髓。基底动脉尚有分支供应脑干。

两侧大脑前动脉间吻合血管称前交通动脉。颈内动脉与大脑后动脉间吻合血管称后交通动脉。从而在颅底形成颅底动脉环，对于颅内血液的侧支循环有重要作用。

脑静脉主要有四个回流方向，分别引流至相应的静脉窦。大脑半球凸面及内侧面有许多大脑上静脉注入上矢状窦，其中引流中央区静脉血的一支较大静脉称 “中央静脉”，如结扎此静脉，可出现偏瘫。沿外侧裂有大脑中静脉，引流大脑半球前下部静脉血至海绵窦。大脑半球底面静脉则经数支大脑下静脉注入横窦。深部静脉血经大脑大静脉引流入直窦。

颅内静脉窦通过导血管与头皮静脉沟通，故头皮感染可延及颅内。

脑室系统由左右侧脑室、第三脑室、大脑导水管和第四脑室组成。脑脊液由脑室内的脉络丛产生，经侧脑室的室间孔流入第三脑室，后经大脑导水管流入第四脑室，再经第四脑室正中孔及外侧孔流出，到达蛛网膜下腔。大部经蛛网膜粒回到静脉血中。脑脊液总量约120毫升，脉络丛位于侧脑室底、第三、四脑室顶部，每分钟产生0.3毫升脑脊液，故脑脊液每一昼夜更换三次。脑脊液的功能是对脑组织有保护作用，并参与维持颅内压的稳定，外伤时对外力有缓冲作用。

共有十二对。简便的记法是：一嗅、二视、三动眼；四滑、五叉、六外展；七面、八听、九舌咽；迷走副舌下。