Kılcal damarlar çok ince duvarlıdır ve maddelerin kan ile dokular arasında hızlı bir şekilde yayılmasını sağlar. Kılcal damarların duvarları, bir bazal membran tarafından desteklenen tek kat endotelyal hücrelerden oluşur. Endotel hücreleri, maddelerin geçişine izin veren çok sayıda küçük gözeneklere sahip, ince, düzleştirilmiş hücrelerdir.
Kılcal damarlar tipik olarak 5-10 mikrometre çapındadır ve vücudun tüm dokularında bulunabilirler. En çok akciğerlerde bulunurlar; burada kan ve hava arasında oksijen ve karbondioksit değişimine yardımcı olurlar. Kılcal damarlar ayrıca böbreklerde de bulunur ve burada kandaki atık ürünlerin filtrelenmesine yardımcı olurlar.
Kılcal damarlardaki kan akışı çok yavaş olduğundan kan ve dokular arasında madde alışverişi sağlanır. Yavaş kan akışı, kılcal damarların küçük çapının yarattığı yüksek akış direncinden kaynaklanmaktadır.
Kılcal damarlar vücudun düzgün çalışması için gereklidir. Kan ve çevre dokular arasında oksijen, karbondioksit ve diğer besin maddeleri ile atık ürünlerin değişimini sağlarlar. Kılcal damarlar ayrıca kan basıncının ve vücut ısısının düzenlenmesinde de önemli bir rol oynar.