毛细血管是管径最细，分布最广的血管。它是连接微动脉和微静脉的血管。它们分支并互相吻合成网。各器官和组织内毛细血管网的疏密程度差别很大，代谢旺盛的组织和器官如骨骼肌、心肌、肺、肾和许多腺体，毛细血管网很密;代谢较低的组织如骨、肌腱和韧带等，毛细血管网则较稀疏。管壁薄，通透性强，除软骨、角膜、毛发上皮和牙釉质外，遍布全身，其功能是利于血液与组织之间进行物质交换。
毛细血管管径一般为6-8μm，血窦较大，直径右达40μm。毛细血管管壁主要由一层内皮细胞和基膜组成。细的毛细血管横切面由一个内皮细胞围成，较粗的毛细血管由2-3个内皮细胞围成。内皮细胞基膜外有少许结缔组织。在内皮细胞与基膜之间散在有一种扁而有突起的细胞，细胞突起紧贴在内皮细胞基底面，称为周细胞。周细胞的功能尚不清楚，有人认为它们主要起机械性支持作用;也有人认为它们是未分化的细胞，在血管生长或再生时可分化为平滑肌纤维和成纤维细胞 。毛细血管内血液流速慢，弹性小，通透性大。这些特点有利于血液与组织之间充分进行物质交换。
在光镜下观察，各组织、器官中毛细血管的构造基本相同。但电镜下，不同器官的毛细血管的内皮细胞在结构上有所差异。据此，可将毛细血管分为三类：连续毛细血管、有孔毛细血管和窦状毛细血管。连续毛细血管的特点为内皮细胞相互连续，细胞间有紧密连接等连接结构，基膜完整，细胞质中有许多吞饮小泡。连续毛细血管分布于结缔组织、肌组织、肺和中枢神经系统等处。肺和中枢神经系统内的毛细血管内皮细胞甚薄，含吞饮小泡较少。
有孔毛细血管的特点是，内皮细胞不含核的部分很薄，有许多贯穿细胞的孔，孔的直径一般为60-80nm。许多器官的毛细血管的孔有隔膜封闭，隔膜厚4-6nm，较一般的细胞膜薄。内皮细胞基底面有连续的基板。此型血管主要存在于胃肠粘膜、某些内分泌腺和肾血管球等处。肾血管球的内皮细胞的孔没有隔膜。
窦状毛细血管或称血窦，其管腔较大，形状不规则，主要分布于肝、脾、骨髓和一些内分泌腺中。血窦内皮细胞之间常有较大的间隙，故又称不连续毛细血管。不同器官内的血窦结构常有较大差别，某些内分泌腺的血窦，内皮细胞有孔，有连续的基板;有些器官如肝的血窦，内皮细胞有孔，细胞间隙较宽，基板不连续或不存在。脾血窦又不同于一般血窦，其内皮细胞呈杆状，细胞间的间隙也较大。
毛细血管是新旧物质交换的场所，也称为微循环，其功能奇特，能把静脉血液中带来的二氧化碳和代谢废物等排泄出去，比如肺部的毛细血管就能在人的呼吸运动中将二氧化碳排出，也能在呼吸中将氧气吸入，再将这些新鲜氧气输入动脉、变成鲜红的动脉血液，流到全身各处，供给组织需要;肝脏部位的毛细血管还能将肝脏制造的蛋白运送给其他需要的组织;肾脏部位的毛细血管能将人体代谢产生的尿酸、尿素等废物滤出来，随尿排出去;人的脑是需要大量氧气供给的，流入脑组织的动脉携带大量氧气，也要通过这里的毛细血管交给脑组织。毛细血管成为密布的网络，分布在我们身体的每个角落。
