Kjernemembranen er et lag av semipermeabel proteinmembran som skiller kjernen fra cytoplasmaet i de fleste eukaryoter. Det spiller en viktig rolle i reguleringen av biokjemiske prosesser som forekommer både i kjernen og i cytoplasma.
Kjernemembranen består av et lipid-dobbeltlag der de hydrofobe områdene av membrangjennomtrengende proteiner interagerer med lipider. Proteiner i kjernematrisen (kjernelegemer) danner et rammeverk og holder i matrisen alle enzymene som er knyttet til dem og sørger for plassering av kromosomer. Kjernemembranen inneholder en rekke proteiner og regulatoriske strukturer som kontrollerer reguleringen av celledeling og kromosomdeling (mitose), spredning av genetisk informasjon gjennom DNA-replikasjon, prosessene ved RNA-transkripsjon og translasjon osv. Dette betyr at det er senter for kontroll over slike grunnleggende aspekter ved biologi som overføring av arvelig informasjon, regulering av cellesyklus og celleaktivitet. Den ytre overflaten av kjernemembranen er dekket med glykoproteiner, som sikrer stabiliteten til membranen og dens oppfatning av ekstracellulære signaler. Integra-molekyler er festet til den ytre enden av kjernemembranen.