U ludzi i innych kręgowców istnieją trzy rodzaje naczyń krwionośnych: tętnice, żyły i naczynia włosowate. Tętnice i żyły różnią się od siebie kierunkiem przepływu krwi, a nie rodzajem zawartej w nich krwi (napowietrzonej lub nienapowietrzonej). Tętnice transportują krew z serca do tkanek ciała; żyły odprowadzają go z tkanek do serca.
Kapilary to mikroskopijne naczynia znajdujące się w tkankach i łączące tętnice z żyłami. Tylko przez ściany naczyń włosowatych może zachodzić wymiana składników odżywczych, gazów i produktów przemiany materii pomiędzy krwią i tkankami. Naczynia włosowate mają niezwykle cienkie ścianki, składające się z pojedynczej warstwy komórek – śródbłonka, który stanowi kontynuację śródbłonkowej wyściółki tętnic z jednej strony i żył z drugiej.
Niektóre naczynia włosowate są tak małe, że czerwone krwinki muszą się uginać, przechodząc przez nie. Ściany tętnic i żył są zbyt grube, aby mogła przez nie nastąpić dyfuzja; składają się z trzech wyraźnie rozróżnialnych warstw: zewnętrznej błony tkanki łącznej, środkowej warstwy komórek mięśni gładkich oraz wewnętrznej błony utworzonej ze śródbłonka i tkanki łącznej.
Zewnętrzna wyściółka zawiera tkankę włóknistą, która nadaje tętnicy wytrzymałość i zdolność wytrzymywania ciśnienia wewnętrznego, ale także pozwala jej rozszerzać się i kurczyć przy każdym uderzeniu serca. Mięśnie gładkie warstwy środkowej, kurcząc się lub rozluźniając, zmniejszają lub zwiększają światło (jamę) tętnicy i w ten sposób regulują ilość krwi dopływającej do tego narządu.
Oprócz wyściółki śródbłonka, wewnętrzna wyściółka większości tętnic zawiera mocną wewnętrzną elastyczną membranę, która nadaje ścianom dodatkową wytrzymałość. Ściany tętnic są zaopatrywane w dwa układy nerwów; impulsy przewodzone przez jeden układ powodują skurcz mięśni gładkich, a impulsy przewodzone przez inny układ powodują ich rozluźnienie.
Największa tętnica, aorta, znajdująca się w pobliżu serca, ma średnicę około 2,5 cm, a jej ściana ma grubość około 3 mm. Ściany żył są znacznie słabsze i cieńsze niż ściany tętnic, ale składają się z tych samych trzech warstw. Zewnętrzna błona tkanki łącznej zawiera mniej włókien elastycznych, a środkowa warstwa mięśni jest cieńsza niż odpowiadające im warstwy w ścianach tętnic; Większość żył nie ma wewnętrznej elastycznej błony. Żyły w przeciwieństwie do tętnic są w wielu miejscach wyposażone w zastawki, które uniemożliwiają wsteczny przepływ krwi.
Komórki ciała otoczone są płynem, który je obmywa, zwanym płynem tkankowym, i nie mają bezpośredniego kontaktu z krwią. Aby dotrzeć do komórek, substancje muszą przedostać się z krwi przez ścianę naczyń włosowatych i przestrzeń wypełnioną płynem tkankowym. Dorosły człowiek ma około 1015 komórek, a objętość płynu myjącego je wynosi zaledwie 14 litrów. Aby zaopatrzyć tę samą liczbę jednokomórkowych pierwotniaków żyjących w morzu w potrzebne im gazy i składniki odżywcze, potrzeba 106 litrów wody morskiej.
Sprawne urządzenia (płuca, wątroba, jelita i nerki), stale uzupełniające zapasy tlenu i składników odżywczych w płynach ustrojowych oraz usuwające produkty przemiany materii, pozwalają naszemu organizmowi żyć, mimo że zawiera stosunkowo mało wody. Mała grubość naczyń włosowatych oznacza, że każda kropla krwi przechodząca przez sieć naczyń włosowatych uzyskuje dużą powierzchnię, przez którą może nastąpić dyfuzja. Szacuje się, że z powierzchnią naczyń włosowatych styka się jeden centymetr sześcienny krwi, co stanowi około 7000 cm2.
Liczba naczyń włosowatych w całym ciele jest prawie niemożliwa do policzenia. W tkankach o intensywnym metabolizmie, takich jak mięśnie, naczynia włosowate są położone bardzo blisko siebie: odległość między sąsiednimi naczyniami włosowatymi jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od ich średnicy. Jeden z badaczy szacuje, że liczba naczyń włosowatych w tkance mięśniowej wynosi około 240 000 na sekundę.