모세혈관(毛細血管, capillary)은 혈관계에서 가장 작은 혈관으로, 동맥과 정맥 사이에 위치하며 혈류의 마지막 단계에서 발견된다. 직경이 약 5~10μm로 매우 작아, 적혈구가 단일 열로 통과할 정도의 좁은 공간을 형성한다. 모세혈관의 주요 기능은 혈액과 조직 사이의 물질 교환을 매개하는 것이다.

모세혈관의 벽은 단층의 내피세포로 구성되어 있어 투과성이 높다. 이는 산소, 이산화탄소, 영양소, 노폐물 등이 세포와 혈액 사이에서 쉽게 이동할 수 있도록 돕는다. 모세혈관은 다양한 장기와 조직에 분포하며, 조직의 요구에 따라 혈류량을 조절하는 역할을 한다.

모세혈관의 종류에는 연속형 모세혈관, 누출형 모세혈관, 구멍형 모세혈관이 있다. 연속형 모세혈관은 내피세포가 서로 끊기지 않고 연결되어 있어 물질이 세포를 통과하여 이동해야 한다. 누출형 모세혈관은 내피세포 사이에 틈이 있어 더 큰 분자도 통과할 수 있다. 구멍형 모세혈관은 특정 장기(예: 신장)에서 발견되며, 내피세포에 구멍이 뚫려 있어 물질의 이동이 용이하다.

전신의 항상성 유지와 면역 반응에서 중요한 역할을 하는 모세혈관은 간, 폐, 뇌 등 다양한 기관에서 각기 다른 형태와 기능을 발휘한다. 이러한 모세혈관의 특성은 생리적 과정에서 세포의 생명유지와 밀접하게 연관되어 있다.