Lo strato subendoteliale è particolarmente evidente nei vasi di grande calibro. È costituito da fibre collagene (principalmente collageno I e III) ed elastiche e dalla sostanza fondamentale, sostanza allo stato di gel composta da acido ialuronico, proteoglicani e glicoproteine (vedi Patobiologia dell'aterosclerosi - Spazio subendoteliale). In questo spazio possono essere presenti cellule muscolari lisce più o meno scarse, più numerose verso il confine con la tonaca media. Nelle grandi arterie lo strato subendoteliale può essere chiaramente distinto in uno straterello interno più lasso, lo strato dei proteoglicani, e in uno più esterno, lo strato muscolo-elastico, contenente una maggiore quantità di fibre elastiche e collagene. Lo spessore dello strato subendoteliale tende ad aumentare con l'età. Nelle coronarie di giovani adulti misura circa 100 μ.