Bariera biochemiczna związana jest ze zdolnością metabolizowania pewnych związków w obrębie cytoplazmy komórek śródnabłonkowych i astrocytów – na przykład adrenalina i dopamina są inaktywowane przez obecny w cytoplazmie enzym MAO (monoaminooksydaza). Inaktywacja katecholamin (adrenaliny, noradrenaliny, dopaminy) ma na celu ochronę neuronów przed chwilowymi wzrostami stężenia katecholamin, pojawiających się w osoczu na skutek pobudzenia układu współczulnego (zwykle w wyniku stresu lub strachu).
Szczelność bariery krew–mózg jest słaba w rejonie tylnego płata przysadki mózgowej (wydziela ona do krwiobiegu hormony) oraz w okolicach splotu naczyniówkowego, znajdującego się w komorach mózgu (splot naczyniówkowy produkuje płyn mózgowo-rdzeniowy). Bariera ta nie występuje w sensie fizjologicznym również w narządzie naczyniowym blaszki krańcowej (organum vasculosum laminae terminalis).
Płyn mózgowo-rdzeniowy nie jest przesączem z krwi, ale stanowi wydzielinę splotów naczyniówkowych znajdujących się w ścianie komór i narządach okołokomorowych.