Thành phần chủ yếu của hàng rào máu não bao gồm các tế bào nội mô (endothelial cell) liên kết chặt chẽ với nhau. Đối với nhiệm vụ như thiết kế và phát triển của hàng rào máu-não, hai loại tế bào khác, tế bào ngoại mạch (pericyte) và tế bào hình sao (astroglia), có tầm quan trọng rất lớn.[2] Sự tương tác giữa ba loại tế bào này rất chặt chẽ hơn cả bất cứ các loại tế bào khác với nhau. Cùng với nhau, chúng tạo thành hàng rào máu-não của hầu hết các động vật có xương sống. Với đặc tính đó, chúng hạn chế chặt chẽ sự di chuyển các chất từ máu vào não, trong khi các tế bào nội mô mao mạch ở các bộ phận khác của cơ thể lại không có được đặc tính này. Một cấu trúc của tế bào hình sao (astrocyte cell) nhô ra, được gọi là chân tế bào hình sao (astrocytic feet) bao bọc xung quanh các tế bào nội mô của hàng rào máu não, tạo nên các đặc tính sinh hóa của chúng.