角膜在解剖结构上可分为上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层和内皮层，其生理功能也各不相同。
1、角膜上皮
角膜上皮的功能角膜上皮具有屏障和屈光的双重功能。
角膜上皮通过与泪膜的相互作用，形成光滑的屈光表面。因而角膜上皮干燥、水肿和缺损都可导致严重的视力下降。
角膜上皮可阻止水溶性物质、细菌和真菌入侵（对病毒无阻挡作用），起屏障作用。在外界环境和角膜基质之间形成屏障称为上皮屏障，上皮屏障可以阻止泪液向基质层渗透，保护角膜和内眼免受外来因素的侵袭。
2、角膜上皮的电生理和离子交换
哺乳动物的角膜上皮有25~35mV的电压与角膜上皮细胞的低导电性和细胞周边通路紧密连接的高抵抗性有关。大约50%的角膜上皮短回路电流由氯离子完成。氯离子从表层细胞膜到泪液中有主动转运进入角膜并转运纳离子进入前房，这一电流由Na+-Cl—交换而成。Na+离子通过G毒毛旋花苷敏感的Na+、K+ATP酶位于细胞的基底膜上，维持一种内流的Na+电势。Na+Cl—共同载体也位于基底膜上，Na+离子的流动伴有Cl—离子流动。Cl—离子通过表层膜通道扩散。当Na+、K+ATP酶被哇巴因抑制时可以停止Cl—离子的流动。这表面Na+的转运伴有Cl—离子流。
此外，角膜上皮细胞还含有Na+ H+交换和乳酸H+的同向转运。这些转运通过乳酸和Cl—离子的配出来调节细胞内pH值。
上皮离子交换受交感神经的影响和调节。角膜上皮细胞有β-肾上腺素受体，受激活的腺苷酸环化酶和升高的AMP的刺激，增加表层氯化物通道的导电性。已证明cAMP可以调节角膜上皮缝隙连接的通透性，降低大分子的通透。肾上腺素能受体的激动可以调节肌醇和磷酸盐的交换。
通过转运Na+和Cl—离子进入泪液产生的渗透压假体使水分被动排出角膜，向外的水流闭水分漏入角膜的少。因此上皮和基质本身不能控制角膜的水分。