包裹在脊髓表面的三层被膜。自外向内依次为硬脊膜、脊髓蛛网膜和软脊膜。
硬脊膜
由致密结缔组织构成，厚而坚韧，位于椎管内，包裹着脊髓。上端附于枕骨大孔的边缘，于硬脑膜相延续；下部在第2骶椎水平逐渐辨析，包裹马尾；末端附于尾骨。硬脊膜向两侧包绕着脊神经根、与脊神经形成脊神经硬膜鞘，后者在椎间孔处与脊神经的外膜相延续。硬脊膜与椎管内骨膜和韧带之间的疏松间隙为硬膜外隙，其容积约为100毫升，略呈负压，内含疏松结缔组织、脂肪、淋巴管和静脉丛，由脊神经根通过。临床上进行硬膜外麻醉，就是将药物注入此隙，以阻滞脊神经根内的神经传导。在硬脊膜与蛛网膜之间有潜在的硬膜下隙，内含浆液，向上与颅内硬膜下隙相通。
脊髓蛛网膜
为半透明的薄膜，位于硬脊膜与软脊膜之间，与脑蛛网膜相延续。脊髓蛛网膜与软脊膜之间有较宽阔的间隙称为蛛网膜下隙，蛛网膜下隙内有许多结缔组织小梁，连于蛛网膜与软脊膜之间。蛛网膜下隙内充满脑脊液。蛛网膜下隙的下部，自脊髓下端至第2骶椎水平扩大为终池，内有马尾。因此，临床上常在第3、4或第4、5腰椎间进行腰椎穿刺，以抽取脑脊液或注入药物而不伤及脊髓。脊髓蛛网膜下隙向上与脑蛛网膜下隙相通。
软脊膜
薄而富有血管，紧贴脊髓表面，并延伸至脊髓的沟裂中，向上经枕骨大孔与软脑膜相延续，向下在脊髓圆锥下端移行为终丝。软脊膜在脊髓两侧的脊神经前、后根之间形成齿状韧带，该韧带尖端附于硬脊膜上。脊髓借齿状韧带和脊神经根固定于椎管内，并浸泡于脑脊液中，加上硬膜外隙内的脂肪组织和椎内静脉丛的弹性垫作用，使脊髓不易受外界震荡的损伤。齿状韧带还可以作为椎管内手术的标志。