心内膜は、厚さ20～500μmの光沢のある薄い結合組織性の膜である。その内面は内皮で覆われ、心臓筋の内面のあらゆる凹凸を包み込んでいる。多くの場所で、この膜を通して筋肉をはっきりと観察できる。血管の開口部では、心内膜が血管の内膜と連続している。心内膜は主に膠原線維と弾性線維、そして少量の結合組織細胞から構成されている。

動脈の内膜は心室のものより発達しており、左心の心内膜は右心よりも発達が進んでいる。心房では弾性組織が豊富で、整然と層を成した弾性膜を形成している。心内膜の外面は心筋の間質結合組織と強固に結合している。

弁の尖や帆は、本質的に心内膜のひだと考えられる。これらは内部に線維性結合組織を含んでおり、房室弁ではこの結合組織が線維輪の結合組織と連続している。房室弁はまた、その起始部に心室と心房の両方から少量の筋束を含んでいる。