La couche interne de la capsule articulaire, appelée membrane synoviale, est composée de tissu conjonctif aréolaire contenant des fibres élastiques. La membrane synoviale tapisse l'intérieur d'une articulation mobile, et plus précisément l'intérieur de la capsule fibreuse. Dans de nombreuses articulations synoviales, la membrane synoviale accumule du tissu adipeux nommé corps adipeux. Le corps adipeux infrapatellaire du genou en est un exemple. Les cellules de la membrane synoviale, les synoviocytes, ne sont pas fréquemment visualisées dans le liquide synovial ou synovie, mais jouent un rôle primordial dans la fonction de la barrière hémosynoviale. Elles seraient les premières à phagocyter les cristaux et à déclencher le processus inflammatoire. La membrane synoviale peut être enflammée dans le cas d'une arthrite. De manière générale, l'inflammation de la membrane synoviale est une synovite. Celle-ci peut être causée par une infection intra-articulaire (arthrite septique), un lupus érythémateux, une arthrite inflammatoire (comme la polyarthrite rhumatoïde), la goutte.