Rdzeń kręgowy jest dodatkowo chroniony przez trzy błony, zwane zbiorczo oponami mózgowymi. Zewnętrzną błoną otaczającą rdzeń kręgowy jest opona twarda (z łaciny, oznaczająca trwałą matkę). Opona twarda, zbudowana z gęstego materiału włóknistego, tworzy worek oponowy, który otacza rdzeń kręgowy i oponę twardą (co zostanie omówione później) i kończy się na poziomie drugiego kręgu krzyżowego. Opona twarda oddzielona jest od kręgów tłuszczem w przestrzeni zewnątrzoponowej (epi, czyli na). Kolejną warstwę stanowi delikatna tkanka pajęczynówki, która jest cienka i posiada włókna przypominające pajęczynę, łączące się z leżącą pod nią tkanką twardą (arachnoid to po grecku pająk). Pod pajęczynówką znajduje się przestrzeń podpajęczynówkowa, która jest wypełniona płynem mózgowo-rdzeniowym. Płyn mózgowo-rdzeniowy, określany skrótem CSF, otacza mózg i rdzeń kręgowy, a także oponę twardą, zapewniając ochronę, odżywianie oraz wymianę substancji odżywczych i odpadów. Najbardziej wewnętrzną błoną otaczającą rdzeń kręgowy jest naczyniowa błona maziowa (łac. pia mater, co oznacza czułą lub oddaną matkę), która ściśle przylega do rdzenia kręgowego. Więzadła te rozciągają się na boki od powierzchni rdzenia kręgowego i przebijają pajęczynówkę, aby przyczepić się do wewnętrznej strony opony twardej w 21 parach wyrostków zębodołowych (dentate oznacza podobny do zęba – są to boczne projekcje przypominające zęby). Więzadła zębate przebiegają podłużnie pomiędzy grzbietowymi i brzusznymi korzeniami rdzenia kręgowego i służą do zawieszenia rdzenia kręgowego z boku na bok w worku opłucnowym. Opona twarda biegnie dalej ku dołowi od końca rdzenia kręgowego (na wysokości drugiego kręgu lędźwiowego) jako filum terminale internum. Jak już powiedzieliśmy, worek oponowy kończy się na poziomie drugiego kręgu krzyżowego (S2). Doogonowo od końca worka opłucnowego znajduje się specjalna część opon mózgowo-rdzeniowych zwana więzadłem kością ogonową (filum terminale externum), która przytwierdza opony mózgowe, a w konsekwencji rdzeń kręgowy, do kości ogonowej. Więzadło ogonowe składa się ze specjalizacji wszystkich trzech warstw opon mózgowych.
