Черепная полость, cavum cranii, является вместилищем мозга и его оболочек, кровеносных сосудов и черепных нервов. Форма и размеры черепной полости у кошки относительно постоянные, у собак же варьируют в зависимости от породы. У брахицефалических пород объем черепной полости колеблется в диапазоне от 42 до 92 см3, у долихоцефалов — от 70 до 107 см3 (Wilson/Olson, 1986). Для бостон-терьера указывалась величина 82 см3, для русского волкодава — 104 см3 (Stockard, 1941). У пойнтера объем черепной полости составляет 99-103 см3 у самок и 105-108 см3 у самцов, у ивисских борзых — соответственно 106-109 см3 и 113-116 см3 (Regodon et al., 1991; Robina et al., 1991). Черепная полость, более или менее вытянутая в продольном направлении, сужается в области узких лобных долей головного мозга как рострально, так и вентрально и латерально. С дорсальной и каждой из боковых сторон на границе между большим мозгом и мозжечком у собаки и кошки имеется сильно выступающий вовнутрь костный мозжечковый намет, tentorium cerebelli osseum. В основании его проходит канал поперечного синуса, canalis sinus transversi. Перед мозжечковым наметом видны отчетливые пальцевые вдавления, impressiones digitatae и восходящие латерально борозды средней менингеальной артерии. Каудально от мозжечкового намета рельеф внутренней поверхности свода черепа формируют дорсо-медианно червячок мозжечка и латерально от него отдепьные листочки полушарий мозжечка.
Внутреннее основание черепа разделяется на три черепных ямки, fossae cranii. Каудальная черепная ямка, fossa cranii caudalis, расположена между большим отверстием и спинкой турецкого седла базисфеноида, а с боков ограничивается высокими гребнями каменистых частей, crista partis petrosae. Каудальная черепная ямка является вместилищем продолговатого мозга, medulla oblongata, и моста, pons. Имеющиеся здесь отверстия предназначены, в основном, для исходящих отсюда нервов: канал подъязычного нерва, canalis nervi hypoylossi, яремное отверстие, foramen jugulare, отверстие внутреннего слухового прохода, porus acusticus internus, вырезка тройничного нерва, incisura nervi trigemini (у кошки), или канал тройничного нерва, canalis nervi trigemini, на гребне каменистой части и сонный канал, canalis caroticus.
Средняя черепная ямка, fossa cranii media расположена на дорсальной поверхности тела клиновидной кости и тянется от спинки турецкого седла до глазнично-клиновидного гребня. В ней находятся гипофиз, а в теле — основная система пазух. По бокам средняя ямка доходит до грушевидной ямки, fosja piriformis, форма которой определяется грушевидной долей, lobus piriformis, обонятельного мозга. Имеются следующие отверстия: овальное отверстие, foramen ovale, круглое отверстие, foramen rotundum, глазничная щель, fissura orbitalis, и зрительное отверстие, foramen opticus.
Передняя черепная ямка, fossa cranii rostralis, узкая, расположена над средней ямкой и заканчивается рострально в обонятельных ямках, fossae ethmoidales, решетчатой кости.