角膜(cornea)和鞏膜一起構成眼球最外層的纖維膜，同時角膜也是重要的屈光間質，外界光線進入眼內在視網膜上成像的必經通路。從前到后角膜可分為上皮層、前彈力層、基質層、後彈力層和內皮層等五層結構。上皮層表面還覆蓋有一層稀薄的淚膜。

上皮層厚度為0.05mm，佔整個角膜厚度的5％，由4～6層非角化鱗狀上皮細胞組成。角膜緣部上皮基底層含有角膜緣幹細胞，可逐漸分化為瞬間擴充細胞及終末分化上皮細胞，是角膜上皮增殖和修復的來源，角膜上皮細胞的生命週期大約7～14天。淺表上皮細胞之間的緊密連線可阻止淚液中的水分進入基質層，角膜上皮大範圍缺損時，角膜的厚度比正常增加200％。基底上皮細胞的持續分泌，在其下形成了由Ⅳ型膠原纖維，層粘連蛋白和其他蛋白組成的50nm厚的基底膜。

角膜基質層約佔角膜厚度的9/10，由200～250層平行排列的纖維小板構成，前部基質層的纖維小板短且窄並且有廣泛的層間交織，而後部基質層的纖維小板寬且厚，從角膜緣的一端延展到對側，在正常眼壓的情況下纖維束僅可在原長度基礎上延展0.25％。這些纖維小板主要為型膠原也有Ⅲ、iⅤ型膠原，膠原直徑一致，排列規則，膠原纖維束間有稀疏的角膜基質細胞。

後彈力層是角膜內皮細胞的基底膜，由內皮細胞分泌形成，主要為Ⅳ型膠原，其厚度出生時約為3μm，成年後可增加至10～12μm。內皮層由六角形細胞構成，這些細胞以鑲嵌的形式相互交錯緊密的排列在一起。角膜內皮細胞層的機械屏障，以及特有的離子泵功能是維持角膜相對脫水狀態的關鍵。人類角膜內皮細胞出生後在體內不能再生，靠鄰近內皮細胞的擴大及移行來填補衰老與受損死亡的細胞留下的位置。損傷超過一定限度時，則導致角膜內皮細胞密度小於臨界功能密度(500～800個/mm2)，從而引起角膜內皮失代償，導致角膜持續水腫失去透明性。

完整的角膜上皮細胞和淚膜、基質層膠原纖維束的規則排列、角膜無血管以及“脫水狀態”共同維持角膜透明性。緊密排列的上皮細胞和表面覆蓋的淚膜形成了光滑的光學介面，使其屈光指數近乎一致，光散射降低。基質中膠原纖維規則的網格狀排列起到了衍射光柵的作用，透過破壞干涉來減少光散射。角膜的透明也依賴於角膜實質層保持的半脫水狀態，主要由上皮和內皮的機械性屏障以及內皮的溫度依賴性Na+-K+離子泵來控制，內皮細胞以耗能的運輸方式將基質水分從內皮細胞頂部胞質中泵人房水。因此內皮細胞可維持基質層約78％的含水量。如果內皮細胞的離子泵功能減退或內皮間緊密連線破壞，水分進入基質的速度超過水分泵出的速度，則水分在基質層彌散，破壞膠原纖維的正常排列結構，從而引起散光和角膜混濁。此外，淚液蒸發的動力和滲透梯度促使角膜淺基質水分排出，對保持角膜的脫水狀態也起一定作用。