Živci leđne moždine tvore cijev koja počinje u mozgu i proteže se cijelom dužinom kralježnice. Ova vrpca i mozak čine središnji živčani sustav, složenu i osjetljivu strukturu koja zahtijeva mnogo slojeva zaštite. Moždane ovojnice pomažu u pružanju ove zaštite, u obliku skupa membrana koje okružuju i podržavaju leđnu moždinu i mozak. Sastoje se od tri membrane, koje se nazivaju pia mater, arahnoidna mater i dura mater.
Svaki sloj moždane ovojnice je kontinuirani sloj, koji pokriva cijeli mozak i leđnu moždinu. Pia mater je najnutarnja membrana i najosjetljivija je od tri sloja. Također je i najpriliježeniji, glatko prelazi preko leđne moždine i mozga, prateći konture njihovih površina. Unutar pia mater je mreža kapilara koje krvlju opskrbljuju mozak i leđnu moždinu.
Pokriva pia mater srednji sloj, nazvan arahnoidna mater. Ovaj membranski sloj vrlo labavo prekriva pia mater. Između pia mater i arahnoidalne materije, sloj cerebralne spinalne tekućine pomaže u daljnjoj zaštiti mozga i leđne moždine djelujući kao tekući jastuk i amortizer. Ovaj sloj spinalne tekućine je subarahnoidalni prostor.
Najudaljenija membrana, dura mater, najgušća je i najdeblja od tri te je najizdržljiviji od slojeva. Sadrži mrežu krvnih žila koje pomažu u opskrbi krvlju druga dva sloja moždane ovojnice. Ova se membrana zapravo sastoji od dva podsloja: periostalnog sloja i unutarnjeg meningealnog sloja. Osim što pruža zaštitu za živčani sustav i krv za unutarnje slojeve membrane, dura mater također okružuje i štiti duralne sinuse. To su velike strukture nalik na kanale koje usmjeravaju krv u vene, koje je vraćaju u srce.
Iako je primarna funkcija moždanih ovojnica zaštita središnjeg živčanog sustava, te su membrane same po sebi osjetljive na određene vrste ozljeda. Ozljede glave mogu rezultirati krvarenjem žila membranoznih slojeva, što potencijalno uzrokuje nakupljanje krvi između slojeva ili preko površine mozga. Ako se oko mozga nakupi dovoljno krvi, to može uzrokovati oštećenje mozga zbog povećanog intrakranijalnog tlaka.
Moždane ovojnice su također osjetljive na infekciju zvanu meningitis. Ovo je bakterijska ili virusna infekcija koja uzrokuje upalu membrana. U većini slučajeva bakterijske infekcije su opasnije od virusnih, jer potonje traju samo nekoliko dana. Bakterijske infekcije, međutim, mogu trajati mnogo dulje, potencijalno uzrokujući napadaje i druge po život opasne simptome. Antibiotici mogu učinkovito liječiti infekciju, ali mogu rezultirati privremene ili trajne nuspojave kao što su epilepsija, gluhoća i kognitivni poremećaji.