腦脊液與腦組織的細胞周圍間隙內的化學成分相同但與血漿不同，腦脊液的蛋白質含量極微（20～30mg/100ml），葡萄糖、膽固醇與鉀離子濃度較血漿低，鎂與氯離子濃度較血漿高。如果將少量臺盼藍（一種半膠質的活性染料）注入靜脈內，則見到體內所有的組織包括脈絡叢都染上了藍色，只有腦組織例外，并不著色。但若將少量臺盼藍直接注入腦脊液內，則腦組織也被染上藍色。這些事實說明，似乎在毛細血管與腦組織周圍間隙和腦脊液之間存在著一種對物質交換的屏障，稱為“腦屏障”，它能選擇性地讓某些物質透過，而對另一些物質卻不易透過。
應用組織化學、同位素示蹤、熒光染料和電子顯微鏡等方法，研究腦組織的結構與功能，以及根據物質通過腦與血管之間界面的彌散速度和物質在腦組織中的含量等，進一步將腦屏障分成三個部分：①血-腦屏障；②血-腦脊液屏障以及③腦脊液-腦屏障。