Kafatası kubbesinin (kranium) biri beyni barındıran, diğeri de yüz iskeletini oluşturan iki bölgesi vardır, ilk bölümün şekli ovale benzerdir ve omurganın desteklediği sağlam bir kutudan oluşur. Bu kutuya yüzün iskeletini oluşturan bir dizi kemer bağlanır. Yan taraftan bakıldığında kafatasının daha geniş, oval şeklindeki beyin kutusuyla: daha küçük, üçgene benzeyen yüz iskeleti olarak iki parçaya bölünüşü açıkça görülebilir.
Kafatası kubbesinin kemikleri, kafa kemiği dikiş eklemi olarak bilinen ve sadece kafatasında bulunan liflerden oluşmuş eklemlerle birbirine bağlanır. Bu eklemlerde herhangi bir hareket meydana gelmez. Bitişik kemiklerin düzensiz, lifli ve bağlayıcı dokularla birbirine kenetlenmiş kenarları (daha çok yapboza benzer) vardır. Kimi zaman büyük kemikleri birleştiren kafa kemiği dikiş eklemleri arasında küçük eklem kemikleri bulunur.
Kafatası kubbesi, önden arkaya doğru alın kemiği, her iki parietal ve şakak kemikleri, oksipital kemik ve kafatası kubbesinin eklemim oluşturan sfenoid kemikten oluşur. Beynin yarıkürelerindeki loplar, üzerlerini kaplayan kemiklere göre alın, parietal, şakak ve arka loplar olarak adlandırılır. Şakak kemiğinin içindeki boşlukta kulağın orta ve iç kısımlarım oluşturan boşluklar vardır. Her bir kemik (parietal kemik dışında) ön, orta ve arka çukur olarak üç bölüme ayrılan kafatası kubbesinin tabanına destek olur.
On çukurda beynin alın lopları, orta çukurda beynin şakak kemiği bölümüne uyan kısımları ve arka çukurda da beyincikle beyin sapı bulunur. Kafatası kubbesinin zemini, içinden omurilik, kafatası sinirleri ve kan damarlarının girip çıktığı çok sayıda delik içerir.
Beyin kafatasından, üç zar tabakasıyla ayrılır. Süpürgemsi tabaka olarak bilinen en dıştaki tabaka, kafatasının içyüzüne yapışık olan sert ve lifli bir zardır. Orümceksi tabaka adlı orta tabaka, gevşekçe bağlandığı dıştaki tabakanın içyüzünü belirler, ince tabaka olarak bilinen en içteki tabakaysa, beyne yapışıktır ve beynin dış hatlarını çizer. Araknoid ve pia tabakalar arasında yüzme olanağı ve koruma sağlayarak beyni bir yastık gibi çevreleyen sıvı dolu bir boşluk bulunur.
Doğumda kafatası kubbesi nispeten daha büyük, yüzse küçüktür. Dişler tam olarak oluşmamıştır ve burnun iki yanındaki sinüsler gelişmemiştir. Kulak arka kemiği çıkıntısı bulunmaz. Kafatasının bazı kemikleri arasında kemikleşme tamamlanmamıştır ve özellikle parietal kemiklerin açılarında lifli, birleştirici dokular içeren boşluklar bulunur. Bu boşluklara bıngıldak adı verilir. Yeni doğan çocukta kolayca hissedilen ön bıngıldak, alın kemiğinin ve parietal kemiklerinin iki yarısında bulunur; 3 santimetre uzunluğunda ve 2 santimetre genişliğindedir; doğumdan sonraki ikinci yılda kapanır. Kafatası arka kemiğinin tepesiyle iki parietal kemiğin arasında bulunan arka bıngıldaksa iki ay içinde kapanır. Birkaç tane de daha küçük bıngıldak vardır. Kafatasının gelişimi ilk 7 yıl içinde hızlıdır, daha sonra başka bir hızlı gelişimin olduğu ergenlik çağına kadar yavaşlar.
Kafatasıyla beyin zarlarını besleyen atardamarlar ve beyindeki kanı kalbe geri gönderen toplardamarlar, beyni saran üç zardan en dışta bulunan ve en sert olan zarla (dura mater) kafatası arasında yer alır. Bu damarlar yırtıldığında (genellikle kafatasının kırılmasına bağlı olarak) en dış beyin zarının dışında bir kanama meydana gelir ve en dış beyin zarıyla kafatası arasında biriken kan, hemen alt tarafta yer alan beyne basınç yapar. Bu, potansiyel olarak ölümcül bir durumdur; genellikle basıncın azaltılması için bir delik açılarak derhal müdahale edilmesi gerekir.
Damarların en dış beyin zarından geçerken kopması durumundaysa subdural kanama meydana gelir; dış ve orta beyin zarı tabakaları arasında kan birikir. Başa alman bir darbe sonucu meydana gelen bu tür kanama, ilki kadar ciddi değildir; çünkü kan daha yavaşça birikir. Beyni besleyen ana atardamarlar, beyne girmeden önce araknoid zar altındaki boşluktan geçer. Kalp ve damar hastalarının tansiyonundaki ani bir artış, bu atardamarların yırtılmasına ve kanın araknoid zarın altındaki boşlukta birikmesine neden olabilir (subaraknoid kanama).