1、物質(zhì)的脂溶性

血中溶質(zhì)必須通過腦毛細血管的內(nèi)皮細胞才能到腦組織，而內(nèi)皮細胞膜是以類脂為基架的雙分子層的膜結(jié)構(gòu)，具有親脂性，脂溶性物質(zhì)容易通過。因此血中溶質(zhì)的脂溶性高低決定其通過屏障的難易和快慢。脂溶性越高的溶質(zhì)通過屏障進入腦組織的速度也越快。根據(jù)這一規(guī)律可將某些中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物加以改造，使之更容易進入腦組織以便更快發(fā)揮藥物的效果。例如，巴比妥是一種中樞麻醉藥但其親脂性弱，故進入腦組織很慢，但如改造成苯巴比妥，由于具有較強的親脂性，故能更容易通過血腦屏障進入腦組織，很快發(fā)揮其催眠麻醉效應(yīng)。又如嗎啡改造成二乙酰嗎啡就比較容易通過親脂性內(nèi)皮細胞膜到達腦組織更快發(fā)揮其鎮(zhèn)痛作用。類胡蘿卜素是一種脂溶性的色素，但是類胡蘿卜素家族中只有蝦青素是唯一能通過血腦屏障的物質(zhì)。

2、物質(zhì)的親水性

不論帶正電荷或負電荷的溶質(zhì)，溶于水時即與水分子的氧原子形成氫鍵，溶質(zhì)所帶電荷越多形成氫鍵的能力越強，水溶性也越強，通過血腦屏障的能力也越差。但是水本身和葡萄糖等溶質(zhì)因分子量很小，可通過內(nèi)皮細胞和星形膠質(zhì)細胞的連接部入腦。腎上腺素和去甲腎上腺素由于水溶性強而且羥基多，很難通過屏障入腦。氨基酸能通過血腦屏障，但胺則很難。

3、與血漿蛋白的結(jié)合程度

血漿中許多化合物是與血漿蛋白結(jié)合的。小分子化合物如激素，與血漿蛋白質(zhì)結(jié)合后就不容易透過血腦屏障，因此無從發(fā)揮其生理效應(yīng)；必須待其游離以后才能通過屏障發(fā)揮其效應(yīng)。例如甲狀腺素，在血漿中有99%以上與血漿蛋白結(jié)合，游離的不到1%；醫(yī)學(xué)教育|網(wǎng)搜集整理腦脊液中甲狀腺素含量較低，但與血漿中游離的甲狀腺素含量相近，故仍能滿足生理的需要。游離的甲狀腺素很容易進入腦組織間液。任何能阻止甲狀腺素與血漿蛋白結(jié)合的藥物，都可以增加血漿中游離的甲狀腺素，增加通過屏障的劑量。

4、載體運轉(zhuǎn)系統(tǒng)

腦毛細血管內(nèi)皮細胞有多種載體蛋白，能將血中物質(zhì)運出內(nèi)皮細胞。載體蛋白有較高的選擇性，一種載體蛋白常只能轉(zhuǎn)運一種物質(zhì)，腦血管內(nèi)皮細胞的特異性載體蛋白，可使一些難于通過血腦屏障的物質(zhì)順利轉(zhuǎn)運迅速入腦，例如葡萄糖是腦組織代謝的主要能源，本來通過血腦屏障較慢，但借葡萄糖載體可以很快通過血腦屏障及時滿足腦代謝需要。已經(jīng)肯定的載體有：己糖載體、中性氨基酸載體、堿性氨基酸載體和短鏈的單羧基酸載體，它們都有利于合適轉(zhuǎn)運物質(zhì)順利通過血腦屏障。

正常情況下中樞遞質(zhì)幾乎都不能通過血腦屏障，這有利于維持腦內(nèi)中樞遞質(zhì)水平的穩(wěn)定，排除腦外刺激因素的干擾。所以能如此，可能與腦毛細血管內(nèi)皮細胞中的酶系統(tǒng)有關(guān)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其中含有單胺氧化酶，而多種中樞遞質(zhì)是單胺類化合物，如兒茶酚胺、5羥色胺、組織胺等，都可被單胺氧化酶滅活，這種內(nèi)皮細胞胞漿內(nèi)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化作用加強了血腦屏障的功能，從而可使腦組織內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定，少受一般循環(huán)血液中有強烈生理作用的物質(zhì)含量劇烈變動的干擾。