1.胃食管交界的解剖結構抗反流作用削弱 胃食管交界的抗反流結構構成食管抗反流屏障；是一個結構復雜的解剖區域，包括食管下括約肌(Lower esophageal sphincter，LES)、膈肌腳、膈食管韌帶、食管與胃底間的銳角(His角)等。其中最主要取決于LES的功能狀態，LES具有括約肌的功能。上述各部分解剖結構的缺陷或功能降低均可導致胃食管反流。
(1)LES功能不全：LES是位于食管末端3～4cm長的環形肌束，在靜息時為高壓區，構成一個壓力屏障，有阻止胃十二指腸內容物反流入食管的生理作用，稱為LES屏障作用。正常人時LES壓(LESP)為1.33～4.00kPa(10～30mmHg)。LES的生理功能受神經-體液調節。一些因素可導致LESP降低；如迷走神經功能減退，出現非膽堿能神經的抑制作用、某些激素(如胰泌素、胰升糖素、膽囊收縮素等)、藥物(如鈣通道阻滯藥、地西泮)、某些食物(如咖啡、高脂肪、巧克力)等。研究表明，LESP 0.8kPa(6mmHg)時很容易發生胃食管反流。正常情況下，LES伴隨著吞咽動作而松弛，食物得以進入胃內，而一過性LES松弛(transit lower esophageal sphincter relaxation，TLESR)與吞咽時引起的LES松弛不同，其可在無吞咽動作和食管蠕動刺激情況下產生，且松弛時間更長，LESP下降速率更快，LESP低壓值更低。頻繁發生的LES自發性松弛使食管抗反流屏障作用嚴重削弱，而導致GERD。目前認為TLESR是引起胃食管反流的主要原因。此外，胃內壓升高(如胃擴張，胃排空延緩等)及腹內壓增高(如腹水、嘔吐、妊娠后期)所致的LES被動松弛，均可導致LESP相應降低而發生胃食管反流。約1/2的GERD患者有胃排空延緩。
(2)食管裂孔疝：不少中至重度反流性食管炎患者伴有滑動型裂孔疝，但為數不少的食管裂孔疝并不合并反流性食管炎，兩者之間無明確病因關系。目前認為食管裂孔疝合并反流性食管炎的機理主要是LES張力低下和(或)頻發地出現LES自發性松弛。滑動型裂孔疝是裂孔疝中最常見類型，其使His角變鈍加重胃食管反流，裂孔疝患者多伴有不同程度的胃食管反流。
2.食管廓清作用 正常情況下食管內容物通過重力作用，一部分排入胃內，大部分通過由吞咽動作使食管體部產生的自發性蠕動和反流物引起食管擴張、刺激食管壁使食管產生自上而下的繼發性蠕動而排入胃內，達到容量清除(Volume clearance)作用，是食管廓清的主要方式。容量清除減少了食管內酸性物質的容量，剩余的酸由咽下的唾液中和，唾液中富含碳酸鹽，pH為6～8，每小時有1000～1500ml吞咽入胃，可中和部分反流入食管的酸性胃內容物。而在反流性食管病時，食管體部蠕動減弱，使其對反流物的容量清除下降，唾液分泌減少，也影響對反流物的化學清除作用，致使酸性反流液滯留在食管內，引起組織損害。
3.食管黏膜屏障作用 在胃食管反流病中，僅有48%～79%的患者發生食管炎癥，另一部分患者雖有反流癥狀，卻沒有明顯的食管黏膜損害，揭示食黏膜對反流物有防御作用，這種防御作用稱為食管黏膜組織抵抗。包括食管上皮表面黏液、不移動水層和表面HCO3－、復層鱗狀上皮結構和功能上的防御能力以及黏膜血液供應的保護作用等。食管黏膜復層鱗狀上皮排列緊密，不具滲透、吸收作用。黏膜表面附著的黏液對胃蛋白酶起屏障作用。黏膜表面還有HCO3－離子，能中和一部分反流物中的H＋。這些構成了食管上皮前的防御機理。一部分H＋穿過食管上皮前的保護層后，繼續破壞上皮層的保護機理，損害上皮細胞H－穿透過細胞間的界線，抵達較深層的上皮細胞，引起細胞死亡，因而上皮糜爛、潰瘍，進而促進其底細胞的增生。上皮后的因素是指黏膜血流及酸堿狀況等。黏膜良好的血液循環對食管黏膜提供支持和食管黏膜細胞的更新。胃食管反流程度和食管黏膜損害程度不平行，個體差異較大，這顯然與上述因素有關。
4.反流攻擊因子增強 胃食管反流病患者，只有在食管防御功能減弱，攻擊因子處于優勢時，始能出現組織病變。食管黏膜受損程度與反流物和黏膜接觸時間長短有關，尤其與反流物的質與量有關；反流物的攻擊因子，是指反流物內胃酸、胃蛋白酶、膽鹽及胰酶等，其中損害食管黏膜最強的是胃酸，pH＜3時，黏膜上皮蛋白變性，同時胃蛋白酶呈活性狀態，消化上皮蛋白。幽門括約肌功能狀態同樣可影響胃食管反流，當幽門括約肌和LES的張力同時低下或有胃大部切除病史致過多十二指腸胃反流存在時，腸液中的膽酸、胰液和溶血卵磷脂等均可同時。