A ultraestrutura capilar determina a permeabilidade, permitindo troca específica por órgão. Existem três fenótipos contínuos principais, além dos capilares descontínuos (sinusoidais).
Estes capilares têm poros (60–80 nm) nas células endoteliais, tipicamente abrangidos por um diafragma (exceto no glomérulo renal). Encontrados no glomérulo renal, vilos intestinais, glândulas endócrinas e plexo coróideo, facilitam a troca rápida de fluido e pequenos solutos, retendo a maioria das proteínas.
Junções apertadas incompletas, deixando fendas de 6–7 nm entre as células endoteliais. Localizados no músculo esquelético, pele, pulmão e tecido conjuntivo, permitem pequenas moléculas (íons, glicose) mas restringem a albumina.
Zonulae occludens oclusivas eliminam as fendas; pericitos e pés de astrócitos selam ainda mais a barreira. Encontrados no cérebro, retina, timo e testículos, estes capilares são altamente seletivos, exigindo transportadores específicos (por exemplo, GLUT1, LAT1) para a passagem de nutrientes.
Caracterizados por grandes fendas e uma membrana basal incompleta, são encontrados no fígado, baço e medula óssea, permitindo a passagem de proteínas e até mesmo células.
Esta heterogeneidade permite funções específicas por órgão: filtração no rim, absorção no intestino, proteção de barreira no cérebro e tráfico celular no fígado e baço.