血脑屏障的物质基础是脑的毛细血管，它与其他组织中的毛细血管不同，有以下三个特点：

（1）脑毛细血管内皮细胞间相互“焊接”得十分紧密，不象其他组织毛细血管壁那样有较大的缝隙；（2）毛细血管内皮细胞外的基底膜（basement membrane）是连续的；（3）毛细血管壁外表面积的85%都被神经胶质细胞的终足所包绕。由此可见，物质由血液进入脑组织间液要穿越较多的层次，包括脂性的（质膜）和非脂性的（基底膜）膜的结构。其中，医学|教育网搜集整理穿越毛细血管内皮细胞是关键性的步骤。与其他组织，譬如肌肉组织的毛细血管内皮细胞相比较，脑毛细血管内皮细胞的胞饮作用（pinocytosis）很微弱。因此，对脑毛细血管内皮细胞来说，借胞饮作用转运物质（大分子和电解质）的能力是很有限的，这就更加强了脑毛细血管壁的屏障功能。