毛細血管為管徑最細、分布最廣的血管，毛細血管分支互相吻合成網。毛細血管的管徑一般為6-8μm，毛細血管比頭發絲還細得多，用肉眼看不見，可容許1個紅細胞通過。
毛細血管數量較多，除軟骨、角膜、毛發上皮和牙釉質外，遍布全身，在各器官內的疏密程度不同。代謝旺盛的器官如心、肝、肺、腎和骨骼肌等的毛細血管網很密，代謝較低的器官如骨、肌腱、韌帶和平滑肌等的毛細血管網稀疏。毛細血管壁由內皮細胞及其基膜和周細胞構成，橫斷面上，毛細血管一般由1-2個內皮細胞環繞構成，內皮細胞富含質膜小泡，基膜只有基板。
毛細血管壁薄、管徑較小，血流很慢，通透性大，這些特點有利于血液與組織細胞充分地進行物質交換。毛細血管可作為血液與組織細胞間進行物質交換的通透性屏障，決定其通透性的連續毛細血管主要結構是內皮細胞，基膜也有一定作用。通常血液中的氧氣和營養物質能通過管壁進入組織，組織中的二氧化碳和代謝產物也能通過管壁進入血液，從而完成血液與組織間的氣體交換和物質交換。