毛细血管壁由内皮细胞及其基膜和周细胞构成。横断面上，毛细血管一般由1～2个内皮细胞环绕构成，内皮细胞富含质膜小泡，基膜只有基板。

周细胞位于内皮与基板之间，散在分布，细胞扁而有突起，纵向包绕在内皮细胞周围，细胞核卵圆形或肾形，核一端的胞质内可见高尔基复合体、粗面内质网、线粒体等细胞器，类似于成纤维细胞或间充质细胞，但周细胞的胞浆内微丝较多，散在或成束附着于质膜内面的密体。

毛细血管受损时，周细胞可增殖分化为内皮细胞、平滑肌纤维和成纤维细胞。另外，根据电镜下内皮细胞的结构特征，毛细血管可分为三类，即连续毛细血管、有孔毛细血管和血窦。

1、连续毛细血管

内皮细胞间有紧密连接封闭了细胞间隙，基膜完整；胞质中含大量质膜小泡，质膜小泡是血液和组织间进行物质交换的主要方式。主要分布于结缔组织、肌组织、外分泌腺、神经系统、胸腺和肺等，参与了屏障性结构的形成。

2、有孔毛细血管

内皮细胞间也有紧密连接，基膜也完整，但在内皮细胞不含核的部分极薄，有许多贯穿胞质的内皮窗孔，窗孔直径60～80nm，一般有厚4～6nm的隔膜封闭。内皮窗孔有利于血管内外的中、小分子物质交换。主要分布于胃肠黏膜、某些内分泌腺和肾血管球中。

3、血窦

也称窦状毛细血管或不连续毛细血管，管腔较大，直径可达40μm，形状不规则。内皮细胞间的间隙较大，有利于大分子物质甚至血细胞出入。