人体的重要脏器都有巧妙的保护机制，如对大脑就有血脑屏障，防止细菌等异物进入，睾丸也是如此。1950年一位叫伯鲁恩的科学家在给哺乳动物皮下注射二胺基吖啶染料后，发现大多数器官的细胞均能摄取染料而呈现荧光，但曲细精管的荧光却很弱。因此，他推测睾丸中存在一种类似血脑屏障的结构，能选择性地阻止血液中某些物质进入曲细精管内，故称为血睾屏障。
前面已提及，曲细精管的生精上皮是由一种高柱状细胞——支持细胞，以及镶嵌在其上面的各级生精细胞所组成。大量的追踪实验和超微结构研究表明，支持细胞之间存在的紧密连接构成了血睾屏障。支持细胞通过紧密连接将生精上皮分隔成基底室和近管腔室。精原细胞、细线前期和细线期精母细胞占据了管壁基底膜与紧密连接之间的基底室，近管腔室位于紧密连接与管腔之间，包含有细线期之后的所有生精细胞。
血睾屏障对血液中各种物质的通透性选择性很强。来自间质血管的扩散性物质，可以穿过曲细精管壁与基底室的生殖细胞接触，但并不一定能进入近管腔室。紧密连接构成了一个渗透屏障，可阻止大分子物质和若干离子向近管腔室的被动弥散，对维持和稳定近管腔室的微环境有十分重要的作用。对于血睾屏障，一些大分子物质如清蛋白、铁蛋白和r球蛋白等不能通过，而营养物质如氨基酸、碳水化合物、脂肪酸及类固醇激素等则较易通过。
促性腺激素（LH，FSH）能通过血睾屏障，但速度较慢。另外，曲细精管中液体的最显著特征是钾和碳酸盐浓度较高，而钠和氯化物的浓度较低。这种离子成分及浓度与细胞内液相似。目前认为，血睾屏障调节曲细精管液的分泌及其离子浓度，可造成有利于精子发生和成熟的特殊微环境。生精过程中，生殖细胞的减数分裂过程始于基底室，而减数分裂进一步发展和形成精子细胞只能在近管腔室内完成。血睾屏障一旦被削弱或受到干扰，管腔内的微环境即将遭到破坏，进而导致精子生成障碍。
生精细胞的分化必然导致特异蛋白质的出现。在精子分化成熟过程中，精子细胞产生特异蛋白质，如乳酸脱氢酶－C4，并随分化成熟而不断增加。此时，成熟的精子细胞在某些情况下可被机体看作异物而引起自身免疫反应，从而破坏生精细胞。然而这种自身免疫反应在睾丸健全的机体中并不发生，正是因为血睾屏障阻止了具有免疫活性的r球蛋白进入曲细精管内，排除生精细胞和免疫系统的相互反应。另外，至少在大鼠睾丸里血睾屏障还使管腔中雄激素结合球蛋白保持在一定浓度，它可以浓缩睾酮，使曲细精管内睾酮浓度比血浆中高100倍，这也是精子生成所必须的。
综上所述，血睾屏障是支持细胞主要的功能之一，它保护处于分化着的生精细胞，防止自身免疫反应，并具有调控生精细胞分裂和分化、维持曲细精管内有利于精子发生和成熟排放的特殊微环境等重要作用。