处女膜在胎儿3~4个月时出现、发育、形成，到青春期时的处女膜形态和厚薄各不同。其孔隙可呈轮状、环状、半月状、筛状等多种形态。它是位于阴道口、阴道前庭内的一层粘膜组织，呈一圈环形皱襞状，宽约0.5厘米左右，中间有孔，以便月经血和分泌物流出。处女膜是其他雌性动物所没有而唯于人类女性所独具，也有极少数女性天生没有处女膜，也只有极少数女性处女膜上没有孔隙，这些女孩就称为"石女"。
实际上，处女膜并不是字面意义上所谓的一层膜，它其实是一块很薄、很纤嫩的粘膜组织，位于距离阴道口大约5厘米左右处，呈一圈环形皱襞状。正常的处女膜上都有孔隙，可呈环状、半圆状、筛状等，称为处女膜孔。处女膜的粘膜组织内含有丰富的微血管、神经末梢等。因而，当处女膜破裂时，女性常会出现阴道少量流血，并伴有疼痛。
由于处女膜一般在性交后破裂，传统的观念便把处女膜是否完好当作女子是否有过性行为的惟一检验方法，常常以阴道是否出血来判断女性的处女膜是否破裂。但是专家指出，这种鉴别方法其实是错误的，因为处女膜因距离阴道口较近，稍有不慎就会造成处女膜的破裂。如有的女性在参加跳高、骑马、武术等剧烈运动时可使得处女膜破裂;阴道用药、某些繁重的体力劳动都可致处女膜破裂，幼年无知，将异物塞入阴道以及手淫等，也会使处女膜破裂。
有膜未必是处女，无膜也可能纯洁。有人到医院妇产科要求做"处女鉴定"，医生只能判断处女膜是否完整，以及是否有陈旧性裂伤。至于当事人是否发生过性交行为，只有法医机构才能下有法律效力的结论。而武侠小说中所说的处女"守宫砂"，连同网上流传的各类"处女处男鉴定方法"等，专家认为没有科学依据，纯属无稽之谈。