Hematoencefalická bariera tvoří přechod mezi vnitřním prostředím organismu a centrálním nervovým systémem (CNS). Zjednodušeně řečeno mezi krví a mozkem. Z jedné strany na ni naléhají cévní pleteně vyživující centrální nervový systém a z druhé tkáně CNS. Histologicky je tvořena na cévní straně cévním specializovaným endotelem (postrádá fenestrace a je provázán pomocí těsných spojů tzv. tight junctions) , který nasedá na bazální membránu, na kterou z druhé strany naléhají astrocyty.

Hematoencefalická bariera slouží jako štít CNS. Přes hematoencefalickou barieru prostupuje dobře voda a látky které se dají dobře rozpustit v tucích. Tyto látky difundují po koncentračním gradientu. Látky jako proteiny či důležité molekuly pro CNS jsou poté transportovány přes hematoencefalickou barieru pomocí specializovaných přenašečů. Přes hematoencefalickou barieru přestupuje rovněž CO2 po koncentračním gradientu. Jeho parciální tlak v CNS poté ovlivňuje dechové centrum. Dechové centrum si může adaptovat na vyšší hladinu CO2 a poté upravit své stimulační rozmezí. K tomu dochází například u pacientů s CHOPN pro které je hlavním stimulem hypoxie.

Hematoencefalická bariery však nepokrývá celý povrch CNS. Jsou oblasti, kde je narušena. Jedná se například o oblast hypofýzi a epifýzi. Tyto mozkové přívěšky/ žlázy secernují hormony přímo do krevních fenestrovaných kapilár. Rovněž hematoencafalická bariera chybí v oblasti area postrema. Area postrema je součástí medulla oblongata. Její neurony mají za úkol detekovat v krvi cirkulující molekuly a přenášet takto získané informace do nervových signálů.