毛细血管内外的物质交换主要通过以下三种方式：
1、扩散
扩散是血液和组织液之间进行物质交换的最主要方式，是溶质分子顺浓度梯度发生净移动的不耗能过程。毛细血管内外液体中的分子，只要其直径小于毛细血管壁的孔隙，就能通过管壁进行扩散运动。水溶性物质，如Na+、Cl-、葡萄糖、尿素等，可通过毛细血管壁上的孔隙进行扩散。脂溶性物质如O2、CO2等可直接通过内皮细胞进行扩散，因此整个毛细血管壁都成为扩散面，单位时间内扩散的速率更高。
2、滤过和重吸收
毛细血管壁两侧的静水压和胶体渗透压可以影响水分子的移动。在生理学中，将由于管壁两侧静水压和胶体渗透压的差异而引起的液体由毛细血管内向毛细血管外的移动称为滤过，而将液体向相反方向的移动称为重吸收。如果溶质分子的直径小于毛细血管壁的孔隙，能随着水分子一起滤过和重吸收，而蛋白质物质则难以通过毛细血管壁的孔隙。血液和组织液之间通过滤过和重吸收方式发生的物质交换，仅占总的物质交换的很小一部分，但在组织液的生成中起重要的作用。
3、吞饮
在毛细血管内皮细胞一侧的液体可被内皮细胞膜包围并吞饮入细胞内，形成吞饮囊泡。囊泡被运送至细胞的另一侧，并被排出细胞外。因此这也是血液和组织液之间通过毛细血管壁进行物质交换的一种方式。一般认为，较大的分子如血浆蛋白等可以由这种方式通过毛细血管壁进行交换。
