血腦屏障的物質基礎是腦的毛細血管，它與其他組織中的毛細血管不同，有以下三個特點：

（1）腦毛細血管內皮細胞間相互“焊接”得十分緊密，不象其他組織毛細血管壁那樣有較大的縫隙；（2）毛細血管內皮細胞外的基底膜（basement membrane）是連續(xù)的；（3）醫(yī)學|教育網搜集整理毛細血管壁外表面積的85%都被神經膠質細胞的終足所包繞。由此可見，物質由血液進入腦組織間液要穿越較多的層次，包括脂性的（質膜）和非脂性的（基底膜）膜的結構。其中，穿越毛細血管內皮細胞是關鍵性的步驟。與其他組織，譬如肌肉組織的毛細血管內皮細胞相比較，腦毛細血管內皮細胞的胞飲作用（pinocytosis）很微弱。因此，對腦毛細血管內皮細胞來說，借胞飲作用轉運物質（大分子和電解質）的能力是很有限的，這就更加強了腦毛細血管壁的屏障功能。