处女膜位于阴道口与阴道前庭的分界处，是环绕阴道口的中间有孔、不完全封闭的一层薄膜状组织。中间有一孔或多孔，称为处女膜孔。一孔多数呈环形、椭圆形、半月形或不规则状裂口；多孔呈筛状。处女膜是覆盖在女性阴道外口的一块中空薄膜，大约1～2毫米厚，膜的正反两面都是湿润的粘膜，两层粘膜之间含有结缔组织、微血管和神经未梢，中间的小孔叫处女膜孔。处女膜孔的大小和膜的厚薄程度各人可有不同。
处女膜可以防止外界不洁的东西进入阴道，有保护阴道的作用。青春期前由于卵巢所分泌的雌激素很少，这时阴道粘膜薄、皱壁少、酸度低，故抵抗力差，处女膜有阻拦细菌入侵阴道的保护作用；青春期后，随着卵巢的发育，体内雌激素增多，阴道抵抗力有所加强，处女膜也就逐渐失去了作用。女子成熟后，每月一次的月经血就是通过这个小孔排出体外，如果膜上没有小孔，则每月的月经血被它挡住而不能排出体外，医学上叫做处女膜闭锁。如果没有及时发现，月经血在阴道内积聚，成年累月以后可向上扩展到子宫腔和输卵管，通过输卵管的远端开口，流入腹腔中，使输卵管破损，肠管粘连，腹腔感染。
处女初次性交，男性的阴茎插入女性的阴道时，常将处女膜顶破而形成裂口，处女膜的裂口往往是多发的，从中心部向四周呈放射状延伸，由于男性阴茎进入的方向一般是向下向内的，故裂口在阴道口两侧下方处较深，可达基底部，称为完全性破裂。有时由于性交时男方用力过猛，可使附近的阴道壁也有裂伤。生育过的妇女，由于胎儿经阴道娩出，使处女膜进一步破损，有时仅留下几个残存的突起，叫处女膜痕。如果是剖腹产分娩的，因婴儿是从下腹部切口处娩出，不通过阴道，则处女膜仍保持婚后的形状。
一般地说，女性的处女膜破裂就意味着不再是处女了，但不尽然，有的女性的处女膜虽然完整，但也已不是处女了，有的女性确实是真实的处女，而处女膜已破裂。因有些处女的处女膜孔大，弹性好，膜内血管少，加上在性交时男方比较斯文而不粗暴，多次性交后处女膜可以不破裂；相反，有的处女，因某些意外，使处女膜破裂，如有的女性在儿童期的无知，将小玩具插入阴道，有的遇到外伤、或尖锐物碰巧抵在外阴部，有的因手淫，洗涤或阴道塞药造成损伤，也有的是处女膜本来就很脆弱，从事剧烈运动时可使之破裂。因此，不能仅凭处女膜是否破裂来鉴定是否是处女。
