脑脊液与脑组织的细胞周围间隙内的化学成分相同但与血浆不同，脑脊液的蛋白质含量极微（20～30mg/100ml），葡萄糖、胆固醇与钾离子浓度较血浆低，镁与氯离子浓度较血浆高。如果将少量台盼蓝（一种半胶质的活性染料）注入静脉内，则见到体内所有的组织包括脉络丛都染上了蓝色，只有脑组织例外，并不着色。但若将少量台盼蓝直接注入脑脊液内，则脑组织也被染上蓝色。这些事实说明，似乎在毛细血管与脑组织周围间隙和脑脊液之间存在着一种对物质交换的屏障，称为“脑屏障”，它能选择性地让某些物质透过，而对另一些物质却不易透过。
应用组织化学、同位素示踪、荧光染料和电子显微镜等方法，研究脑组织的结构与功能，以及根据物质通过脑与血管之间界面的弥散速度和物质在脑组织中的含量等，进一步将脑屏障分成三个部分：①血-脑屏障；②血-脑脊液屏障以及③脑脊液-脑屏障。