O refluxo gastro-esofágico é principalmente o refluxo do conteúdo gástrico (principalmente ácido gástrico e pepsina) e sais biliares e enzimas pancreáticas desde o duodeno de volta ao estômago até ao esófago. Estes refluxos individualmente ou em conjunto provocam danos na mucosa esofágica no desenvolvimento do GERD e das suas complicações. Destes, o ácido gástrico e a pepsina são os principais atacantes, enquanto os sais biliares e as enzimas pancreáticas se tornam os principais atacantes num ambiente alcalino, com o ácido gástrico a aumentar o efeito prejudicial dos ácidos biliares sobre a mucosa. Estas substâncias no refluxo (principalmente ácido gástrico, pepsina e, em menor grau, sais biliares e enzimas pancreáticas do refluxo duodenal para o estômago) prejudicam a função de barreira da mucosa esofágica e enfraquecem a resistência da mucosa, causando assim a inflamação da mucosa esofágica. O papel do ácido gástrico e da pepsina no mecanismo da lesão por GERD está relativamente bem estabelecido. O ácido gástrico e a pepsina actuam directamente sobre a mucosa do tubo de ensaio, que tem uma fraca barreira de resistência aos ácidos, causando erosão e mesmo ulceração. O ácido gástrico e a pepsina actuam sinergicamente nos danos da mucosa de esófago, enquanto que o ácido gástrico por si só não causa alterações morfológicas significativas na mucosa de esófago. Os conteúdos duodenais incluem bílis, sumo pancreático e fluido intestinal. A bílis contém principalmente ácidos biliares conjugados, ácidos biliares não conjugados e fosfolípidos, enquanto o fluido pancreático contém principalmente enzimas pancreáticas. A fosfolipase A no fluido pancreático no intestino pode hidrolisar os fosfolípidos na bílis em lisolecitina, que é altamente prejudicial para a mucosa esofágica em condições ácidas. A tripsina e a lipase no material regurgitado podem causar danos não específicos na mucosa esofágica. Os ácidos biliares em conteúdo duodenal podem ser divididos em ácidos biliares conjugados, que actuam num ambiente ácido, e ácidos biliares não conjugados, que actuam em ambos num ambiente alcalino. Os ácidos biliares podem causar esofagite, esófago de Barrett e cancro do esófago. Os conteúdos duodenais são também uma causa importante do GERD. A acção da bílis é principalmente a dos sais biliares e dos ácidos biliares. Sais biliares, colesterol e lecitina actuam todos como agentes emulsionantes para emulsionar a gordura em microgotas para aumentar a área de acção da lipase pancreática; os ácidos biliares também se combinam com ácidos gordos para formar complexos solúveis em água para promover a sua absorção; os próprios sais biliares são também um agente colagógico. A bílis também é importante para promover a absorção de vitaminas lipossolúveis, e no duodeno, a bílis neutraliza parte do ácido gástrico. No entanto, quando a via biliar está bloqueada e a bílis não pode entrar no duodeno, a digestão e absorção de gorduras é prejudicada e pode causar esteatorreia. Os sais biliares podem inibir a absorção de sódio e água no cólon. Se a absorção de sais biliares no intestino delgado for prejudicada, grandes quantidades de sais biliares entram no cólon e causam frequentemente diarreia aquosa. A bílis estimula a motilidade intestinal. Se a bílis for deficiente, pode causar uma diminuição da motilidade intestinal, fazendo com que os alimentos se acumulem no intestino. Os sais biliares na bílis têm muitas utilizações comuns, ajudando o organismo a digerir e absorver gorduras; podem transformar as gorduras em micro-gotas muito pequenas, aumentando a área de contacto entre gorduras e enzimas e facilitando a decomposição e absorção das gorduras; promovem a absorção da vitamina A, vitamina D, vitamina E e vitamina K juntamente com os produtos de decomposição das gorduras; estimulam a função peristáltica dos intestinos e inibem o crescimento das bactérias intestinais; e promovem a dissolução do colesterol. Os fosfolípidos, por sua vez, actuam para promover a dissolução do colesterol, mantendo assim a bílis em estado líquido. O refluxo biliar ocorre frequentemente num ambiente ácido e o refluxo biliar actua sinergicamente com o refluxo ácido para causar doenças. O contacto directo da bílis só com a mucosa esofágica e gástrica não causa geralmente danos, mas pode, através do seu papel na estimulação da secreção de ácido gástrico, fazer com que os sais biliares se liguem ao ácido gástrico, aumentar a actividade das hidrolases ácidas, quebrar a membrana lisossómica, dissolver as lipoproteínas e destruir o papel de barreira da mucosa esofágica e gástrica; e a difusão inversa aumentada de H+ na mucosa e submucosa pode estimular os mastócitos e libertar histamina, que por sua vez estimula a secreção de ácido gástrico e pepsina, que eventualmente leva à inflamação, erosão e hemorragia da mucosa esofágica e gástrica. Quando a bílis é misturada com o sumo pancreático, a lecitina na bílis interage com a fosfodiesterase A no sumo pancreático e é convertida em lecitina hemolítica, que também pode causar danos nas barreiras da mucosa esofágica e gástrica se voltar a fluir para o estômago e o esófago.