I meccanismi di scambio descritti in precedenza richiedono un preciso controllo del flusso sanguigno.

Un primo livello di controllo si attua a livello locale variando la quantità di sangue che fluisce attraverso un letto capillare in relazione alle esigenze del momento. Ciò è possibile per due ragioni: innanzitutto la rete capillare nel suo complesso è molto vasta e viene utilizzata in condizioni di riposo solo in minima parte. Si può quindi aumentare e ridurre l’afflusso di sangue aumentando o riducendo il numero di capillari impegnati. In secondo luogo le arteriole che alimentano un letto capillare sono dotate di «anelli» di muscolatura liscia, chiamati sfinteri precapillari, posti all’esterno del vaso proprio nel punto di passaggio fra arteriola e capillare.

Se gli sfinteri precapillari sono contratti, limitano il rifornimento del sangue al letto capillare; se invece sono rilassati e l’arteriola è completamente aperta, la pressione sanguigna arteriosa spinge il sangue nei capillari.

Contrazione e rilassamento avvengono in risposta a precisi stimoli chimici. Se per esempio in un tessuto la concentrazione di O₂ è troppo bassa e la concentrazione di CO₂ è troppo elevata, gli sfinteri si rilassano aumentando quindi il rifornimento di sangue. In questo modo il tessuto riceve una maggior quantità di O₂ ed elimina più CO₂: questa risposta è conosciuta come iperemia.

Anche l’aumento di altri prodotti del metabolismo promuove l’iperemia attraverso lo stesso meccanismo. In generale, tutte le attività che aumentano il metabolismo di un tessuto inducono anche iperemia.

I meccanismi di autoregolazione descritti hanno altri effetti più generali, perché influenzano la pressione e la composizione del sangue arterioso. Se per esempio molte arteriole improvvisamente si dilatano, il sangue può fluire attraverso molti più letti capillari e la pressione arteriosa scende. Se tutti questi letti capillari appena riempiti forniscono CO₂ al sangue contemporaneamente, la concentrazione di CO₂ nel sangue che torna verso il cuore aumenta in modo considerevole. Il sistema nervoso e quello endocrino rispondono a questo cambiamento variando la velocità della respirazione, la frequenza del battito cardiaco e la distribuzione del sangue, per adeguarsi ai bisogni metabolici del corpo.