Kılcal damarlar, oksijen, karbondioksit, su ve glikoz gibi küçük moleküllerin difüzyonuna izin verecek kadar ince ve gözenekli olan tek bir endotel hücre tabakası ile kaplıdır. Endotel hücrelerinde ayrıca hormonlar ve diğer sinyal molekülleri için reseptörler bulunur; bu reseptörler, kılcal damar duvarı boyunca madde alışverişini düzenlemelerine olanak tanır.
Kılcal damarlar ayrıca sıvının kandan çevre dokulara filtrasyonundan da sorumludur. Bu işlem ultrafiltrasyon olarak bilinir ve kan ile dokular arasındaki hidrostatik basınç gradyanı tarafından yönlendirilir. Kan damarlarındaki hidrostatik basınç dokulara göre daha yüksektir, bu nedenle sıvı kılcal damarlardan dokulara doğru itilir.
Kılcal damarlar ayrıca sıvının dokulardan kana geri emilmesinden de sorumludur. Bu süreç emilim olarak bilinir ve kan ile dokular arasındaki ozmotik basınç gradyanı tarafından yönlendirilir. Kan damarlarındaki ozmotik basınç dokulara göre daha yüksektir, dolayısıyla sıvı dokulardan kılcal damarlara geri çekilir.
Kılcal damarlar, kan ve dokular arasındaki sıvı dengesinin korunmasında hayati bir rol oynar. Ayrıca kan ve dokular arasında besin ve atık ürünlerin değişiminde de rol oynarlar.