血管的形成可分為血管發生和血管生成兩個階段。血管發生是指成血管細胞即內皮祖細胞在原位分化為成熟內皮細胞並形成原始血管的過程。以前認為血管發生僅發生在胚胎期，但現在研究發現，血管發生也在出生後起重要作用。在迴圈中，骨髓來源的內皮祖細胞等多能細胞可以被動員至組織損傷或腫瘤發生的位置，並再分化或整合入新生血管。血管生成則是在已有血管床的基礎上，血管內皮細胞增殖、遷移並重塑形成新的成熟血管，其中平滑肌細胞和周細胞發揮支援作用。某些病理或生理因素，如組織再生、缺血、缺氧、炎症和腫瘤生長，可引起內皮細胞的增殖、遷移和成熟，從而形成新的血管。
在血管新生的調控機制上，科學家提出了血管新生平衡學說，即血管新生受到促進因子和抑制因子共同調控，保持平衡狀態。一旦平衡被打破，就會刺激血管系統芽生出新血管或抑制血管系統使血管退化，調控因子的平衡決定了血管的生長狀態。成年機體的促血管新生因子通常來自內皮細胞鄰近的組織，多種細胞能夠合成和分泌這些因子，其中單核巨噬細胞是重要的來源。促血管新生因子在內皮細胞的增殖、分化、遷移等環節具有誘導作用。根據血管新生依賴區域性促血管因子和抑制血管因子平衡的理論，一些學者首次在無血管組織如角膜和軟骨中分離了血管新生抑制因子。除了無血管組織外，許多有血管組織也存在血管抑制因子。