如前所述，食管鳞状上皮屏障对食管结构及功能起着重要作用，可以避免外周伤害感受器免受食管腔内的有害物质的侵犯。食管炎患者有明显的黏膜屏障破坏，反流物的成分可以透过上皮屏障侵袭固有层中的外周伤害感受器。然而，许多GERD患者的胃镜结果往往都是正常的。近年来，有学者建议将食管黏膜的超微结构损伤作为NERD症状发生和发展病理生理学标志，受损黏膜完整性可能也与耐酸试验敏感度相关。用透射电镜观察已证实，酸灌注可使兔体内食管下段的黏膜上皮组织的细胞间隙增宽（DIS），提示DIS的发生是由离子流（包括氯离子）通过上皮细胞时引起的原发性渗透作用，随后水渗透进入细胞间隙造成扩张。1996年，Tobey等率先证实在GERD患者中，DIS的存在是反流性损伤的结果。

在健康受试者中，强酸（pH 2.0）可以诱发DIS，同时在远端灌注后，相对近端的非酸暴露下的食管黏膜也出现了DIS，提示弱酸（pH 5.5）也可诱发DIS。但是在此实验中，大多数健康受调查者尽管存在DIS，但未表现出烧心症状。因此，DIS与反流症状是否直接相关，还存在争论。另一项研究发现，无论是否使用PPI，多数难治性GERD患者存在DIS，而伴发功能性烧心患者极少出现DIS。因此，有学者认为DIS的测量有助于GERD与功能性烧心的鉴别。

目前研究发现，GERD患者除了黏膜屏障损伤造成形态学特征上的改变外，其屏障的功能性上也有所减弱。细胞与细胞之间黏附蛋白（例如紧密连接，上皮细胞钙黏蛋白和桥粒）是保持食管上皮完整性的关键因素，也是食管黏膜上皮层不同于浆膜层的特征性标记。使用膜片钳技术测量跨膜电位发现，GERD患者的食管上皮细胞体外渗透性增加，这与上皮细胞钙黏蛋白裂解有关，而健康者则无此变化，由此证明细胞间黏附蛋白的重要性。体内研究表明，同时采用多通道腔内阻抗监测和组织电阻抗谱分析检测基线阻抗值，发现低基线阻抗值与酸暴露增加有关，通过PPI治疗或内镜下胃底折叠手段减少酸暴露可增加GERD患者基线阻抗值。因此有学者认为基线阻抗检测可以作为在体检测上皮通透性诊断工具，用以诊断PPI治疗后胃食管反流症状仍反复出现的患者。近年来有通过胃镜活检孔放置阻抗测量导管的报道，可定位测量黏膜上皮阻抗，研究发现GERD患者存在基线阻抗的降低。