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Una célula endotelial es un tipo de célula aplanada que recubre el interior de los capilares sanguíneos y forma su pared.

El núcleo de las células endoteliales está muy aplanado y por eso aparece elíptico en los cortes visualizados al microscopio. La región nuclear y más gruesa de la célula hace prominencia en la luz. La porción periférica y más delgada de la célula es tremendamente fina, y las membranas que miran a la luz o al tejido están separadas por una capa de citoplasma de un grosor de 0,2 a 0,4 micras.

Hay en la región cercana al núcleo un complejo de Golgi y unas pocas mitocondrias, mientras que en la región delgada periférica del citoplasma hay elementos tubulares tortuosos del retículo endoplásmico. Son raros los lisosomas, pero no son infrecuentes los cuerpos multivesiculares.

Un rasgo llamativo de las células endoteliales es la presencia de una numerosa población de vesículas del plamalema de unos 70 nanómetros de diámetro, de cuello delgado, que están presentes en ambas superficies celulares y que se abren a la luz y al espacio extravascular.

La superficie luminal de las células es normalmente de perfil liso, pero a menudo los bordes de las células vecinas pueden superponerse y entones, puede proyectarse hacia la luz por corta distancia una cresta o lengüeta. Faltan de ordinario los desmosomas y la zónula adherens, pero hay una unión ocluyente de pequeño tamaño que en las preparacions de criofractura muestra de uno a tres cordones intramembranosos paralelos en la cara E.