Naczynia pępowinowe to tętnice i żyły w pępowinie, które przenoszą krew, tlen i składniki odżywcze między płodem a matką. Odpady przenoszone przez krew usuwane z płodu również wędrują z płodu przez naczynia pępowinowe. Naczynia te są przyczepione do błony łożyska, umożliwiając im wchłanianie składników odżywczych z łożyska w procesie dyfuzji. Gdy łożysko zostanie wydalone z matki po urodzeniu, naczynia przestają działać w ciągu kilku minut, ale w cienkiej błonie otaczającej pępowinę nadal można zobaczyć czerwone i fioletowe tętnice i żyły. Po wydaleniu naczynia zwężają się, aby zapobiec ogromnej utracie krwi przez dziecko.
Rozwijający się układ krążenia płodu działa w połączeniu z naczyniami pępowinowymi, dopóki dziecko nie będzie w stanie samodzielnie radzić sobie z krążeniem krwi. Gdy kobieta zajdzie w ciążę, naczynia pępowinowe zaczynają się formować w ciągu pierwszych trzech tygodni. W piątym tygodniu naczynia są w pełni rozwinięte i otoczone pączkującą pępowiną. Krew, którą niosą, jest bogatsza w tlen niż typowa krew ludzka. Książki medyczne sugerują, że naczynia krwionośne zawierają aż o 50 procent więcej tlenu niż krew ciężarnej matki.
Zazwyczaj tylko jedna żyła pępowinowa przenosi ten wysoce skoncentrowany tlen i inne składniki odżywcze z łożyska do rozwijającego się dziecka, podczas gdy dwie tętnice pępowinowe przenoszą krew z powrotem do łożyska, gdzie może zostać ponownie natleniona. Zanim te naczynia płodowe uformują się, dziecko musi pozostać przytwierdzone bezpośrednio do rozwijającego się łożyska, aby przeżyć. Niewielka łodyga na łożysku to miejsce, w którym siatka naczyń krwionośnych płodu zaczyna się rozwijać i ostatecznie zostaje otoczona pępowiną. Ponieważ naczynia są tak istotne dla przetrwania dziecka, pępowina tworzy się w tej samej fazie rozwoju, co naczynia pępowinowe, wyłącznie w celu ochrony tych delikatnych, odżywczych ścieżek. Jeśli krążenie w naczyniach krwionośnych płodu jest w jakikolwiek sposób utrudnione, mogą wystąpić problemy rozwojowe i trwałe wady dziecka.
Naczynia pępowinowe są amortyzowane przez lepkie środowisko znane jako Galaretka Whartona. Galaretka ta chroni naczynia przed pękaniem, ponieważ pępowina ulega skręcaniu i obracaniu w miarę rozwoju płodu. Czasami mogą wystąpić problemy podczas tworzenia pępowinowych naczyń krwionośnych. Na przykład czasami tworzy się jedna tętnica zamiast dwóch; dzieje się tak u mniej niż 1 procent dzieci i jest często powiązane z kobietami w ciąży, które są palaczami, zgodnie z raportami medycznymi. Mogą również wystąpić przepukliny w miejscu, w którym przyczepiona jest pępowina, wpływając na funkcję naczyń.