物质通过血脑屏障的难易取决于两方面的影响因素：一是物质本身的性质和状态；另一是血脑屏障的结构和功能。
(一)物质的亲脂性与亲水性
细胞膜是以类脂为基础的双分子层结构，所以凡是亲脂性强的物质就易于透过细胞膜；反之，亲水性强者则不易透过。而物质的亲脂性与亲水性又取决于物质的化学结构：含极性基团多者亲水性强；含疏水基团多者则极性小而亲脂性强。亦即物质的极性与亲脂性之间呈负相关。在药物学上应用这一原理，可以把某些作用于中枢神经系统的药物进行化学修饰，降低其极性，增强其亲水性，使其能更迅速地透过血脑屏障，从而提高药物的疗效。例如把巴比妥转变为苯巴比妥而提高催眠药的效果。
(二)与血浆蛋白的结合
在一般组织的毛细血管，亲水性物质大多通过内皮细胞之间的缝隙并越过基底膜而进入组织内(通透性，permeability)。但是，如前所述，脑毛细血管内皮细胞之间“焊接”十分紧密，通透性较小，实验证明，分子量大于2，000的物质即不能由内皮细胞联接处通过。因此，与血浆蛋白结合的物质就难以通过血脑屏障，而实际上血浆中的许多物质(激素、脂肪酸、胆红素等)又都是与血浆蛋白结合而运输的，由于物质与血浆蛋白的结合是可逆的，所以结合与解离的动态平衡直接影响到物质通过血脑屏障的速度。例如患高胆红素血症(参看肝脏生化)的婴儿，血中胆红素与血浆蛋白结合，从而防止胆红素进入脑组织造成损害。但是如果此时给以磺胺类药物。由于后者能同胆红素竞争与血浆蛋白的结合，使大量游离的胆红素(亲脂性)迅速通过血脑屏障，可引起严重的后果。
(三)载体转运系统
脑毛细血管内皮细胞膜上有多种载体蛋白，能促进一些本来难以通过血脑屏障的极性分子的转运。已经肯定的载体系统有：(1)已糖载体；(2)中性氨基酸载体；(3)碱性氨基酸载体；(4)短链单羧酸载体等。
葡萄糖载体具有较强的特异性已如前述。此外，甘露糖亦能较快进入脑组织，半乳糖次之， 而果糖则很难通过血脑屏障。由于缺乏酸性氨基酸载体，所以谷氨酸和天门冬氨酸是难以通过血脑屏障的。必需氨基酸特别是芳香族的和支链的最容易通过血脑屏障，蛋氨酸的通过亦较迅速。尽管能通过血脑屏障的氨基酸甚多，但已发现的氨基酸载体却只有少数几个，因此，至少有些氨基酸载体的特异性不是很强的，于是就有可能出现竞争的现象。例如，患先天性苯丙酮酸尿症(phenylketonuria,PKU)的小儿，血中苯丙氨酸浓度太高，影响色氨酸进入脑组织，导致小儿脑发育不全。
(四)生物转化作用
某些物质在通过脑毛细血管内皮细胞时将遭受到胞浆内酶系统的作用而被破坏，所以即使能进入毛细血管内皮细胞的物质也不一定都能通过血脑屏障而进入脑实质。现已发现脑毛细血管内皮细胞含有单胺氧化酶(MAO)可使属于单胺类的神经递质(如儿茶酚胺，5－羟色胺等，见后)氧化分解，又γ－氨基丁酸(GABA)虽然可被脑毛细血管内皮细胞摄入，但却又遭受细胞内GABA转氨酶的作用而被破坏，如果用β－氨基乙酸抑制该酶则GABA是可以进入脑组织的。脑毛细血管壁内的这种生物转化作用加强了血脑屏障的屏蔽功能，使脑组织的内环境免受血液中化学成份骤然变动的影响。
(五)发育的影响
新生儿血脑屏障发育不全，通透性较高。正在迅速生长的脑组织对某些积极进行代谢的物质摄取率大增，这可能是由于转运本身加快，也可能是由于代谢物的高转换率所致。
此外，脑的不同区域的血脑屏障也存在着差别。病理情况下，例如血管性脑水肿、脑肿瘤、以及电离辐射损伤等均可发生血脑屏障通透性的增高。
