1、物質的脂溶性

血中溶質必須通過腦毛細血管的內皮細胞才能到腦組織，而內皮細胞膜是以類脂為基架的雙分子層的膜結構，具有親脂性，脂溶性物質容易通過。因此血中溶質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。又如嗎啡改造成二乙酰嗎啡就比較容易通過親脂性內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。

2、物質的親水性

不論帶正電荷或負電荷的溶質，溶于水時即與水分子的氧原子形成氫鍵，溶質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因分子量很小，可通過內皮細胞和星形膠質細胞的連接部入腦。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、與血漿蛋白的結合程度

血漿中許多化合物是與血漿蛋白結合的。小分子化合物如激素，與血漿蛋白質結合后就不容易透過血腦屏障，因此無從發(fā)揮其生理效應；必須待其游離以后才能通過屏障發(fā)揮其效應。例如甲狀腺素，在血漿中有99%以上與血漿蛋白結合，游離的不到1%；醫(yī)學教育|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、載體運轉系統(tǒng)

腦毛細血管內皮細胞有多種載體蛋白，能將血中物質運出內皮細胞。載體蛋白有較高的選擇性，一種載體蛋白常只能轉運一種物質，腦血管內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順利轉運迅速入腦，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運物質順利通過血腦屏障。

正常情況下中樞遞質幾乎都不能通過血腦屏障，這有利于維持腦內中樞遞質水平的穩(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皮細胞中的酶系統(tǒng)有關，已經發(fā)現(xiàn)其中含有單胺氧化酶，而多種中樞遞質是單胺類化合物，如兒茶酚胺、5羥色胺、組織胺等，都可被單胺氧化酶滅活，這種內皮細胞胞漿內的生物化學轉化作用加強了血腦屏障的功能，從而可使腦組織內環(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含量劇烈變動的干擾。