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，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。