血管系统构成一个连续的管道系统，其结构精细复杂。首先，从小动脉开始，它会分支成直径约15微米的细动脉，接着，这些细动脉再分支成直径在5-8微米的微小血管，即毛细血管。毛细血管汇集后注入直径为8-30微米的细静脉，细静脉又进一步汇合成小静脉。这个微血管网络由细动脉、毛细血管和细静脉等组成，它们直接参与组织细胞的物质交换过程。
从血管壁的特性来看，小动脉管壁较厚，拥有内弹力板和一至数层平滑肌细胞，而小静脉的管腔较大，管壁较厚，内部压力较低，不具备直接的物质交换功能。毛细血管壁则是由内皮细胞、基底膜以及外周细胞构成，其结构特性使得它适宜于物质的通过。细静脉的管腔随着结构的变化，外周细胞可能会转化为平滑肌。细动脉管壁则有一层平滑肌细胞，同样支持着物质的交换。
大量的医学研究证实，毛细血管、细静脉、细动脉以及毛细淋巴管是血液、淋巴液和细胞组织进行物质交换的核心区域。在血管系统中，微血管起着至关重要的作用，它们直接连接着组织细胞和循环血液，进行物质的双向交换。而在这其中，毛细血管是最为微细的部分，它的直径一般在5-9微米，红细胞必须通过变形才能通过。对于组织细胞来说，毛细血管是进行物质交换的最关键位置。
微循环是生命的基本特征之一，是机体与周围环境不断地进行物质、能量和信息的传递活动。单细胞生物通过细胞膜直接进行传递活动，肢节动物是通过组织间隙中的血淋巴进行传递，但进化至哺乳动物阶段（如人），只有肺和胃肠分别通过气管和食管和外界环境进行物质、能量、信息的传递，其他组织器官的位置、功能、代谢已经定型，构成器官的组织、细胞、不能直接和外界环境沟通，只有通过组织液、血液、淋巴液进行物质、能量、信息的传递。