核膜是双层膜的，然后一层膜是由两层磷脂双分子层构成的，所以是四层。核膜由内外两层单位膜组成，，每层膜厚约6.5毫微米，两层膜间隙宽约10～30毫微米，两层膜之间的间隙，称核周隙，核周隙中也含有酶。

根据对核膜比较基因组学、进化、起源的研究，有科学家提出了原始真核生物“前核生物”假说，认为其与古菌内共生最终触发了核膜产生。

对于核膜的研究则给出了几个核膜来源的观点，包括原核生物祖先的质膜内陷，或在原生宿主中建立原线粒体后形成真正的新膜系统。

至于核膜的适应性功能，认为其可能是作为一种必要的屏障，保护基因组免受细胞线粒体前体产生的活性氧的攻击。

核膜有典型的脂双层结构，以分布为标准将其定为外膜和内膜区，膜间存在小的核孔。核膜的稳定性依靠两层中间丝的网状结构来维持：内部网络在内核膜上形成核层。外部形成较松散的网络以提供外部支持。