혈관계의 동맥 연결은 미세순환계 혈관으로 끝납니다. 각 기관의 미세순환계 혈관은 구조와 기능에 따라 구조 및 미세지형의 특징을 가질 수 있습니다. 미세순환계의 시작 부분은 직경이 약 30~50μm인 세동맥이며, 세동맥 벽에는 나선형으로 배열된 근세포, 즉 평활근 세포가 한 겹으로 존재합니다. 모세혈관 전(前)모세혈관(동맥 모세혈관)은 세동맥에서 뻗어 나옵니다. 초기 부분의 벽에는 세동맥에서 모세혈관으로의 혈류를 조절하는 모세혈관 전(前)모세혈관 괄약근을 형성하는 평활근세포가 한두 개 있습니다.
모세혈관 전층은 모세혈관으로 이어지며, 모세혈관 벽에는 평활근 세포가 없습니다. 진정한 모세혈관의 벽은 한 층의 내피 세포, 기저막, 그리고 혈관주위세포(모세혈관주위세포)로 구성됩니다. 기저막 위에 있는 내피층은 두께가 0.2~2.0 μm입니다. 인접한 내피 세포들은 데스모좀(desmosome)과 넥서스(nexus)로 서로 연결되어 있습니다. 내피 세포 사이에는 3~15 nm 너비의 틈이 있습니다. 이 틈은 모세혈관 벽을 통해 다양한 물질의 이동을 용이하게 합니다. 기저막은 서로 얽힌 결합 조직 섬유와 무정형 물질로 형성됩니다. 혈관주위세포(모세혈관주위세포, 루제 세포)는 기저막 안이나 밖에 위치합니다. 이 세포들의 길고 수많은 돌기가 기저막을 통과하여 각 내피 세포와 접촉합니다. 각 혈관주위세포는 신경 자극을 전달할 수 있는 교감 신경의 말단에 연결되어 있습니다.
모세혈관의 지름은 3~11µm입니다. 가장 얇은 모세혈관(3~7µm)은 근육에, 더 두꺼운 모세혈관(최대 11µm)은 피부와 점막에 위치합니다. 간, 내분비선, 조혈 기관, 면역 체계에서 모세혈관은 지름이 최대 25~30µm에 달하기 때문에 굴모양혈관이라고 합니다. 모세혈관은 교환 혈관으로, 모세혈관 벽을 통해 혈액에서 조직으로 영양소가 이동하고, 반대 방향(조직에서 혈액으로)으로 대사 산물이 이동합니다. 모세혈관 벽을 통한 물질 이동은 확산과 여과를 통해 이루어집니다.
인체의 모세혈관 총 수는 약 400억 개이며, 총 단면적은 11,000cm2(1.1m2 ) 입니다. 비교를 위해 대동맥의 단면적은 직경이 2.5cm인 2.8cm2 입니다. 모세혈관 후(모세혈관 후 세정맥)는 모세혈관으로 형성되며 직경은 8~30μm입니다. 모세혈관 후의 벽은 모세혈관 벽과 구조가 비슷하지만, 모세혈관 후는 모세혈관보다 루멘이 더 넓고 벽에 혈관주위세포가 더 많습니다. 모세혈관 후는 직경이 30~50μm인 세정맥을 형성하며, 이는 정맥계의 초기 연결 고리입니다. 직경이 50~100μm인 더 큰 세정맥의 벽에는 단일 평활근 세포(근세포)가 있습니다. 세정맥에는 탄력 있는 막이 없습니다.
미세순환계에는 세동맥과 소정맥을 직접 연결하는 동맥혈관, 즉 동정맥 문합부도 포함됩니다. 이러한 문합부 벽에는 평활근세포가 존재합니다. 근세포가 이완되면 동정맥 문합부가 열리고(팽창하여) 세동맥의 혈액이 모세혈관을 우회하여 소정맥으로 직접 이동합니다.