L’organisme possède des barrières empêchant la pénétration de certains groupes de toxiques, surtout hydrophiles, dans des organes et des tissus :
• la barrière hémato-encéphalique (barrière cérébro-spinale), qui restreint la pénétration de molécules de poids moléculaire élevé et celle de toxiques hydrophiles dans le cerveau et le SNC ; cette barrière est constituée d’une couche de cellules endothéliales étroitement soudées que les toxiques lipophiles sont les seuls à pouvoir traverser ;
• la barrière placentaire, qui a un effet comparable sur la pénétration des toxiques du sang maternel vers le fœtus ;
• la barrière histo-hématologique dans les parois des capillaires, perméable aux molécules de petite taille et de taille intermédiaire ainsi qu’à certaines grosses molécules et aux ions.
Les vaisseaux sanguins au niveau du cerveau, des testicules et du placenta présentent des structures anatomiques spéciales empêchant le passage des grosses molécules telles que les protéines. Ces structures, souvent appelées barrières hémato-méningée, testiculaire et placentaire, peuvent donner l’impression erronée qu’elles empêchent le passage de toute substance quand elles ont en fait peu d’importance, voire aucune, pour les xénobiotiques qui peuvent diffuser à travers les membranes cellulaires.