处女膜并不是哺乳动物共同的标配，至少在灵长类里，只有人类拥有它。尽管从生理上来说，至今没搞清楚它有什么功能，但在一些文化里，这层膜的有无会被当作道德的判断标准。处女膜是位于女性阴道向外开口处的一层薄黏膜，中间有孔，能允许经血从阴道流出。出生的时候，大多数女婴的处女膜呈环形，即其组织在阴道口的各方向分布均匀。
当女婴长到3岁左右时，新月形的处女膜变得越来越常见——阴道口朝向阴蒂一端处女膜组织少，而远离阴蒂一端处女膜组织多。但是随着女孩儿的渐渐长大，成人处女膜的形态开始变得千差万别，甚至有的人先天没有处女膜。这层膜的常见类型主要如下图：
在这众多类型中，比较极端的是处女膜闭锁（Imperforate hymen），其次为处女膜开口过小（Microperforate hymen）。
在没有及时发现的情况下，它会阻挡经血流出，导致阴道积血（haematocolpos）并造成腹痛。最常用的治疗方法为处女膜切开术：用一个“T”形，“X”形，或者“十”形的切口打开处女膜，并移去多余的组织。
处女膜由弹性结缔组织（Elastic connective tissue 韧带、大动脉和肺也由这种组织组成）和胶原结缔组织（Collagenous connective tissue）共同组成，其上下两面均覆盖有扁平上皮细胞（Squamous epithelium）。而处女膜的强度并不是终生保持不变，它的弹性是随年龄变化而改变的。女婴出生时，处女膜的血管和上皮细胞丰富。
青春期前，由于卵巢未发育，雌性激素的缺乏会使处女膜变薄。在这个时期，它的伸展性较差，也相对脆弱。当进入青春期，雌性激素水平的变化会使处女膜会渐渐变厚，直至青少年时期，其弹性继续增加。此时，阴道性交都不见得会引起处女膜的破裂（视处女膜的形态而定），或者即使破裂也不会留下明显的裂痕。而怀孕时，由于雌性激素水平的再次升高，使得处女膜再次变厚且有弹性，至于生育，则会导致处女膜完全撕裂。
当然，如果一直没有生过孩子，那么随着更年期的到来，雌性激素水平下降，处女膜会变得非常薄且脆弱。
古装剧中通常会有这样的桥段：新婚洞房之夜，婆婆神秘送上白帕一张铺于婚床，笑而不语——次日，通过是否见红来判断洞房情况。而这所见的“红”便是指的处女血。
这里，为了打消某些人的疑虑还得继续老生常谈一下，处女膜弹性和开孔较大，阴道性交不易造成处女膜破裂的情况不说，即使是在阴道性交过程中，真有处女膜破裂这事儿，也不见得能看到处女血，更别说血染婚床了。因为处女膜上分布血管极少，其撕裂后的出血量更是相当之小。这种轻微的出血并不容易被察觉，尤其是当与精液混合之后。
话又说回来，就算真见红也不一定是处女膜撕裂造成的——性唤起不足、润滑不够、强迫等导致的阴道相关组织出血都有可能是事发原因。那么，靠有经验的妇科大夫就能检验处女膜的完整了吗？实际上这是件困难的事。如前文所述，处女膜本身的形态众多，很多天生的形态都可能会误导医生的判断。而且业界主流的看法是，处女膜开口的直径与是否有过性行为之间没有联系。
而对青春期后的女性来说，处女膜更是不能作为是否有过阴道性交的靠谱证据。最后值得一提的是，阴道性交并不是导致处女膜破裂的唯一原因。剧烈运动、疾病、阴道检查、自慰、跌落等都有可能造成处女膜破裂。