Microscopicamente, le vene sono dotate di uno spesso strato esterno detto tonaca esterna o tonaca avventizia, composto da tessuto connettivo. Lo strato intermedio, detto tonaca media, è formato da bande muscolari lisce ed è in genere più sottile di quello delle arterie, dal momento che le vene non funzionano in modo contrattile e non sono soggette alle alte pressioni della sistole, come lo sono le arterie. L'interno delle vene è rivestito di cellule endoteliali che formano la tonaca intima. La posizione delle vene varia molto più da persona a persona rispetto a quella delle arterie.