Los mecanismos fisiopatológicos involucrados en esta entidad incluyen elementos defensivos que se oponen al ascenso del contenido gástrico, representados por la barrera antirreflujo y el vaciamiento esofágico mediante la peristalsis primaria y secundaria y la secreción salival. Existen estructuras en la pared del esófago que favorecen la
neutralización del ácido.

Esfínter esofágico inferior

El ascenso del contenido gástrico es favorecido por la distensión gástrica y la presión intraabdominal que es positiva con respecto a la torácica. La barrera antirreflujo está formada por el esfínter esofágico inferior (EEI) constituido por músculo liso y fibras crurales del diafragma.

El EEI tiene un tono de contracción permanente que cede en respuesta a la deglución en forma coordinada con una contracción peristáltica. La relajación del EEI es mediada por el nervio vago a través de neuronas inhibitorias no adrenérgicas no colinérgicas, con el óxido nítrico como neurotransmisor. Tras la deglución hay una rápida caída en la presión del EEI que iguala la presión gástrica basal, que dura hasta que la onda peristáltica alcanza el EEI.
Durante años prevaleció el concepto tradicional que sostenía que el reflujo gastroesofágico (RGE) es consecuencia de un EEI persistentemente débil. Hoy se acepta que el RGE se produce por relajaciones intermitentes del EEI, más que por un trastorno permanente de su tono. Este trastorno conocido como relajación transitoria del EEI (RTEEI), constituye la causa más frecuente de reflujo en individuos sanos. Las RTEEI duran entre 10 y 45 segundos, no son desencadenadas por la deglución y están acompañadas por una inhibición del diafragma crural, lo cual facilitaría aun más el reflujo, que es químicamente ácido en más de la mitad de los casos.

La distensión gástrica probablemente actúa como estímulo para iniciar una RTEEI a través de receptores de tensión localizados en el fundus gástrico y mediado por un reflejo vago-vagal. La estimulación de la RTEEI producida por la distensión gástrica es suprimida en posición supina.
Las formas más graves de enfermedad de reflujo gastroesofágico (ERGE) se asocian con disminución en la presión de reposo del EEI. De Meester propuso que el EEI es incompetente cuando la presión de reposo es igual o menor de 6 mmHg, cifra que para otros autores es un poco alta.

La deglución se inicia por acción de neuronas excitatorias localizadas en el SNC, que actúan sobre el músculo estriado del esófago superior generando una contracción progresiva. En el músculo liso (ML) del esófago medio y distal, la peristalsis depende de estructuras localizadas en la pared del esófago. La peristalsis normal es el resultado de una secuencia de inhibición y excitación y la relación entre ambos mecanismos va a determinar la velocidad de propagación y amplitud de la contracción. La inhibición depende de la síntesis y liberación de óxido nítrico, mientras que la contracción está determinada por la liberación de acetilcolina de neuronas excitatorias del plexo mientérico.

A nivel del ML existen dos tipos de efectores neuronales, uno colinérgico excitatorio y otro no adrenérgico no colinérgico (NANC) inhibitorio.
El oxido nítrico sería un mediador de inhibición. Otro tipo celular, la célula intersticial de Cajal, se ubica a nivel de la unión entre las neuronas y el ML y actúa como moduladora entre ambas estructuras. Su disfunción podría ser responsable de los trastornos motores del esófago.

Cuando ocurre una deglución se genera una inhibición en EES, cuerpo del esófago y EEI, si una segunda deglución se produce 2 o 3 segundos después de la primera, la contracción generada por la primera deglución se interrumpe y el bolo no progresa. Un intervalo de 20 a 30 segundos es necesario para que dos degluciones consecutivas produzcan respuestas peristálticas normales.

Músculo longitudinal del esófago

La capa muscular longitudinal es tan gruesa como la circular y tiene una gran importancia funcional. Su contracción no produce cambios en la presión intraesofágica por lo que no puede evaluarse por manometría, pero provoca un acortamiento esofágico aumentando la rigidez de la pared lo cual facilita la contracción
del músculo circular.

Esfínter esofágico superior

El esfínter esofágico superior (EES) es el segmento faringoesofágico que mantiene cerrada la unión y que se abre con la deglución. Está compuesto por los músculos cricofaríngeo, tirofaríngeo y constrictor inferior de la faringe y el esófago cervical. La musculatura estriada del EES junto con los cartílagos cricoides y tiroides, el hueso hioides, sus ligamentos y la musculatura supra e infrahioidea forman una estructura
funcional que controla selectivamente la apertura y cierre del ingreso al esófago. En reposo el tono del esófago superior actúa como una barrera contra la entrada de aire al esófago y la regurgitación de material proveniente del esófago proximal.
Sin embargo, aunque la distensión del esófago induce una contracción del EES, ésta respuesta refleja no ofrece una protección sustancial contra el reflujo del contenido gástrico.

Hernia hiatal

La existencia de hernia hiatal (HH) se conoce desde hace más de 400 años y en la década de 1950 se la consideró como sinónimo de ERGE, pero actualmente se sabe que ambos procesos no están necesariamente asociados.
El diafragma separa la cavidad abdominal del tórax. La parte crural del diafragma forma el hiato a través del cual pasa el esófago para unirse al estómago. Otros componentes de la unión esofagogástrica son el ligamento frenoesofágico, las fibras musculares del estómago y el EEI que tiene una longitud de entre 2,5 y 4,5 cm, de los cuales 2 cm están localizados en el abdomen y el resto dentro del hiato. La HH por deslizamiento, se  define como el prolapso de una porción del estómago a través del hiato diafragmático de modo tal que el EEI se posiciona dentro del tórax, lo cual hace perder el efecto del diafragma crural cuya función es reforzar la acción del EEI.
La presencia de HH aumenta la incidencia de las formas graves de esofagitis por reflujo, el esófago de Barrett (EB) y el adenocarcinoma.

Empleo de la manometría en el estudio de la ERGE

Si bien los estudios por imágenes son útiles para determinar el daño mucoso, la alteración funcional de la ERGE se establece por manometría.

Las indicaciones para este estudio son:

- Evaluar la localización, longitud, presión de reposo y porcentaje de relajación del EEI.
- Evaluar la actividad peristáltica del cuerpo del esófago.
- Evaluación pre y posoperatoria de la cirugía antirreflujo.

Existen dos grupos de alteraciones motoras del esófago que han sido atribuidas a la ERGE. El primero se refiere a las alteraciones en la actividad peristáltica en respuesta a la deglución y el segundo se refiere a cambios en la amplitud de las contracciones. Si bien la definición de amplitud normal de la contracción varía entre distintos autores, existe consenso en establecer que por debajo de 30 mmHg existe una inefectiva propulsión del bolo de bario.

Alteraciones motoras

Existen algunas condiciones donde los trastornos de la motilidad son particularmente severos y estas son: el esófago de Barrett, ciertas enfermedades del colágeno y el espasmo esofágico. Estudios manométricos demostraron que la presión de reposo del EEI es menor en el esófago de Barrett que en los pacientes con ERGE sin esa patología. Se estima que más del 90% de pacientes con esófago de Barrett tienen un EEI incompetente. Mason comparó pacientes con EB de segmento corto y segmento largo, intentando correlacionar las alteraciones peristálticas con la longitud longitud del segmento metaplásico y comprobó que cuando ésta es mayor de 5 cm, la amplitud de la contracción es significativamente más baja.

Los pacientes con esclerodermia presentan una alta frecuencia de disfunción motora manifestada por hipotonía del EEI y ausencia de peristalsis en esófago distal.
El espasmo del esófago es un trastorno funcional de la motilidad esofágica que parece ocurrir por una alteración en la actividad peristáltica normal posdeglución. Sus manifestaciones sintomáticas pueden ser dolor de pecho, disfagia, o regurgitación.
Si bien no se conocen los mecanismos fisiopatológicos involucrados en ésta entidad, la ERGE podría ser una de sus causas o, al menos, un cofactor que dispare el espasmo esofágico. La definición de este trastorno se basa en criterios manométricos donde se detectan contracciones simultáneas en más del 30% de las degluciones húmedas, amplitud de la contracción mayor de 30 mmHg, duración de la contracción mayor de 6 segundos, contracciones multifásicas y contracciones espontáneas, o sea no iniciadas por la deglución. Debido a la alta frecuencia de ERGE en estos pacientes, se debería considerar una medición ambulatoria del pH o una prueba terapéutica con doble dosis de IBP.

En conclusión, existe una asociación entre la ERGE y las alteraciones motoras del esófago, pero se ignora si éstas son la causa del reflujo o su consecuencia. Alteraciones de la barrera antirreflujo, como: las relajaciones transitorias del EEI, la hipotonía de reposo del EEI o un aumento de presión intraabdominal pueden favorecer el reflujo. Una alteración en el vaciado esofágico por una falla en la peristalsis primaria o secundaria así como la presencia de HH pueden favorecer el daño mucoso. No se sabe si las alteraciones motoras ocurren por la simple presencia de ácido, por cambios inflamatorios, o por fibrosis.