在脑和脊髓的表面有三层结缔组织膜。外层为硬膜（在脑部称硬脑膜，在脊髓称硬脊膜），厚而坚韧，有保护和支持作用；中层为蛛网膜，是一层无血管的透明薄膜，内层为软膜（在脑部为软脑膜，有脊髓称软脊膜），紧贴于脑和脊髓表面，内有丰富的血管

脑脊膜在颅骨和椎骨内形成三个腔隙，即硬膜外腔、硬膜下腔和蛛网膜下腔。硬膜外腔在脊髓部分称为硬脊膜外腔，是进行硬膜外麻醉的地方，用于外科和妇产科手术。蛛网膜下腔内有大量的脑脊液。腰部的蛛网膜下腔是进行腰椎穿刺和腰椎麻醉的地方。