La BHE est une barrière physique et métabolique. Les jonctions serrées sont formées de nombreuses protéines transmembranaires qui restreignent considérablement le passage de molécules entre deux CEC. Les jonctions adhérentes, elles, stabilisent les interactions entre les CEC. Ces dernières expriment des transporteurs impliqués spécifiquement dans le transport du glucose ou des acides aminés, par exemple. D’autres transporteurs restreignent l’entrée de molécules dans le parenchyme cérébral, c’est le cas notamment des pompes d’efflux que sont la P-gp et BCRP. Le transport des molécules à hauts poids moléculaires (protéines, lipoprotéines, etc.) au travers de la BHE se fait grâce à des récepteurs spécifiques situés sur les faces luminale et abluminale des CEC. Les mécanismes de transcytose restent encore peu étudiés. Certaines enzymes exprimées et parfois sécrétées par les CEC sont responsables de la dégradation de molécules potentiellement toxiques pour le SNC. C’est le cas de la monoamide oxidase (MAO) ou de la γ-glutamyl transpeptidase (γ-GT).