核膜由內(nèi)外兩層單位膜組成，每層膜厚約6.5毫微米，兩層膜間隙寬約10～30毫微米，兩層膜之間的間隙，稱核周隙，核周隙中也含有酶。
核膜外層的外表面附有核糖體顆粒。有的細(xì)胞中，外膜與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連續(xù)，因?yàn)閮?nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與質(zhì)膜是連續(xù)的，所以核膜間隙似乎與細(xì)胞外相通。
核膜內(nèi)層的內(nèi)表面上，有一層由多肽物質(zhì)組成的網(wǎng)架，其作用是保持細(xì)胞核的形狀和附著染色質(zhì)纖維；在有絲分裂過程中，對(duì)核膜的破裂和重建有一定的作用。
核膜上還有許多散在的孔，稱為核孔，在核孔周圍，核膜的內(nèi)層與外層相連。核孔是核與細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)交換的孔道。
核膜并不是完全連續(xù)的，有許多部位內(nèi)外膜互相連接，形成穿過核膜的核孔。（注：無法用光學(xué)顯微鏡看見核膜）
核膜有典型的脂雙層結(jié)構(gòu)，以分布為標(biāo)準(zhǔn)將其定為外膜和內(nèi)膜區(qū)，膜間存在小的核孔。核膜的穩(wěn)定性依靠兩層中間絲的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來維持：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)核膜上形成核層。外部形成較松散的網(wǎng)絡(luò)以提供外部支持。