La membrana elastica interna consiste di una lamina di fibre elastiche di spessore variabile (in genere di circa 70-100 nm). La lamina è fenestrata per consentire una più facile diffusione delle sostanze nutritizie dal lume alla media. Nelle grandi e medie arterie la membrana elastica interna è spessa e può risultare di due o più lamelle. "In vivo" questa membrana è distesa, ma nelle arterie isolate è increspata in pieghe longitudinali. La sua sintesi è opera congiunta delle cellule endoteliali e di quelle muscolari lisce. Le sue funzioni sono quelle di conferire elasticità alla parete vasale e di creare una barriera fisica alla diffusione delle sostanze provenienti dal sangue.