L’oesophage est un tube musculaire fermé au haut par le sphincter oesophagien supérieur (SOS) et au bas par le sphincter oesophagien inférieur (SOI). Le SOS est principalement constitué de fibres crico-pharyngiennes et caudales des muscles constricteurs pharyngiens inférieurs. Le SOS forme une fente transversale au niveau des 5^e et 6^e vertèbres cervicales, à cause de la proximité des structures osseuses et du cartilage. Entre le quart et le tiers de l’oesophage supérieur est constitué de muscles striés, puis vient une zone de transition de longueur variable où se trouve un mélange de muscles striés et lisses, et enfin, entre la moitié et le tiers de l’oesophage inférieur, y compris le SOI, est composé de muscles lisses. Le SOI se trouve à la jonction de l’oesophage et de l’estomac, habituellement au niveau de l’orifice oesophagien du diaphragme ou juste en dessous. Malgré sa fonction physiologique distincte, le SOI est difficilement repérable sur le plan anatomique.

L’innervation motrice de l’oesophage est assurée par les nerfs vagues, aussi appelés pneumogastriques. Le corps cellulaire des efférences vagues innervant le SOS et la musculature striée de l’oesophage supérieur prennent naissance dans le noyau ambigu, tandis que les fibres destinées à la musculature lisse du bas oesophage et du SOI prennent naissance dans le noyau dorsal moteur. L’oesophage et le SOI sont aussi innervés par les nerfs sympathiques moteurs et sensitifs provenant des segments médullaires de D₁ à D₁₀ . L’innervation sensitive est acheminée par les nerfs vagues, nerfs bipolaires qui ont leur corps cellulaire dans le ganglion nodulaire et de là se rendent au tronc cérébral.

Le SOS et l’oesophage cervical sont approvisionnés en sang artériel par les branches de l’artère thyroïdienne inférieure. L’oesophage thoracique est principalement irrigué par les deux artères oesophagiennes aortiques ou par les ramifications terminales des artères bronchiques. Le SOI et le bas oesophage sont irrigués par l’artère gastrique gauche et par une branche de l’artère phrénique gauche. Le retour veineux du haut oesophage est assuré par un plexus très ramifié, situé dans la sous-muqueuse, qui se déverse dans la veine cave supérieure; le retour veineux de l’oesophage moyen se fait par les veines azygos. Dans le bas oesophage, les collatérales de la veine gastrique gauche (une branche de la veine porte) communiquent avec les azygos dans la sous-muqueuse. La communication entre la circulation porte et la circulation veineuse générale s’avère importante sur le plan clinique, car en présence d’une hypertension portale, une dilatation variqueuse peut se produire dans cette région. Les varices oesophagiennes dans la sous-muqueuse peuvent être la cause d’une hémorragie digestive massive.

Dans le tiers supérieur de l’oesophage, les lymphatiques se déversent dans les ganglions lymphatiques cervicaux profonds; dans le tiers moyen, ils se déversent dans les ganglions médiastinaux supérieurs et postérieurs alors que dans le tiers inférieur, les lymphatiques suivent l’artère gastrique gauche pour aboutir aux ganglions gastriques et aux ganglions du tronc coeliaque. Les interconnexions entre ces trois régions de drainage sont nombreuses.  

La paroi oesophagienne comprend trois tuniques : la muqueuse, la sous-muqueuse et la musculeuse. Contrairement aux autres régions du tractus gastro-intestinal, la paroi oesophagienne n’est pas tapissée d’une séreuse distincte, mais elle est recouverte d’une mince couche de tissu conjonctif lâche. La muqueuse oesophagienne consiste en un épithélium de type pavimenteux, sauf au niveau du SOI où les épithéliums pavimenteux et cylindrique peuvent coexister. Sous l’épithélium se trouvent le chorion et la musculaire muqueuse, en direction longitudinale. La sous-muqueuse contient du tissu conjonctif, des lymphocytes, des cellules plasmatiques et des cellules nerveuses (plexus de Meissner). La tunique musculaire se compose de fibres profondes circulaires et de fibres superficielles longitudinales. Les fibres circulaires sont responsables de la contraction péristaltique séquentielle qui propulse le bol alimentaire vers l’estomac. Entre les fibres musculaires longitudinales et circulaires se trouve un autre plexus nerveux appelé plexus myentérique, ou plexus d’Auerbach, qui joue un rôle important au niveau du contrôle nerveux intrinsèque de la motricité oesophagienne.