W tym odcinku przewodu pokarmowego składniki pokarmowe ulegają ostatecznemu strawieniu i wchłonięciu. Procesy te zachodzą w trakcie powolnego przesuwania treści pokarmowej w kierunku jelita grubego. Jelito cienkie dzieli się na 3 części: górny odcinek, długości ok. 20 cm, nosi nazwę dwunastnicy, środkowy — jelita czczego, a dolny (najdłuższy) — jelita krętego.
Trawienie i wchłanianie większości składników pokarmowych kończy się w części środkowej jelita czczego. Pozostała część jelita cienkiego spełnia rolę rezerwową, w normalnych warunkach wchłaniane są w niej tylko sole żółciowe oraz witamina B12.
W jelicie cienkim działają wszystkie rodzaje enzymów rozkładających składniki pokarmowe: amylazy rozkładające skrobię i oligosacharydazy (maltaza, laktaza, sacharaza) rozkładające dwucukry, peptydazy (trypsyna, chymotrypsyna, elastaza, karboksy- peptydaza) rozkładające polipeptydy, tj. produkty trawienia żołądkowego białek, oraz lipazy rozkładające tłuszcze. Część z tych enzymów pochodzi z trzustki i dostaje się do jelita z sokiem trzustkowym, część natomiast znajduje się w tzw. mikrokosmkach, czyli wypustkach błony komórkowej komórek nabłonka jelitowego lub na ich powierzchni.
Sok trzustkowy, w ilości ok. 2 l/dobę, dostaje się do dwunastnicy przez przewód trzustkowy. W skład tego soku oprócz enzymów trawiennych wchodzą wodorowęglany, które neutralizują kwaśny odczyn treści pokarmowej przechodzącej z żołądka do dwunastnicy. Do dwunastnicy wlewana jest także żółć wydzielana przez wątrobę. Głównym składnikiem żółci są sole żółciowe, ułatwiające trawienie tłuszczów. Spełniają one rolę detergentów, które powodują rozbicie tłuszczów na małe kulki zawieszone w środowisku wodnym. W okresie między posiłkami żółć wydzielana przez wątrobę gromadzi się w pęcherzyku żółciowym, gdzie ulega zagęszczeniu. W okresie trawienia skurcze pęcherzyka żółciowego powodują jego opróżnienie i dopływ dodatkowej porcji żółci do dwunastnicy.
Człowiek spożywa dziennie ok. 800 g pokarmów stałych i 1,2 l wody. Stanowi to tylko niewielką część treści pokarmowej, która przechodzi w tym czasie przez jelito cienkie. Do światła przewodu pokarmowego wydzielane jest bowiem ok. 7 l płynu pochodzącego łącznie z gruczołów ślinowych, żołądka, jelita, trzustki i wątroby. Do jelita grubego przedostaje się w ciągu doby jedynie ok. 0,5 l treści jelitowej. Pozostała część, obejmująca zarówno składniki pokarmu, jak i składniki wymienionych wydzielin, zostaje w jelicie cienkim przetransportowana przez nabłonek i wchłonięta do krwi lub limfy.
Wchłanianie w jelicie cienkim odbywa się poprzez doskonale przystosowaną do tej czynności błonę śluzową. Jej powierzchnia jest zwielokrotniona przez liczne fałdy oraz palczaste wyrostki zwane kosmkami jelitowymi. Kosmki pokrywa warstwa komórek nabłonkowych, a w środku każdego z nich znajduje się naczynie tętnicze i żylne wraz z siecią naczyń włosowatych oraz ślepo zakończone naczynie limfatyczne. Dzięki fałdom, kosmkom i mikrokosmkom występującym na powierzchni komórek nabłonka, łączna powierzchnia wchłaniania wynosi ok. 200 m2, co odpowiada powierzchni kortu tenisowego. Mechanizmy wchłaniania jelitowego opierają się na podstawowych procesach przenikania wody i substancji drobno- i wielkocząsteczkowych przez błony komórkowe.
Woda z jelita przenika do krwi i limfy na drodze dyfuzji. Gradient osmotyczny warunkujący dyfuzję powstaje w wyniku czynnego transportu składników mineralnych i innych związków — przez błony komórek nabłonka jelitowego. Również na drodze dyfuzji przechodzą do komórek nabłonka jelitowego wolne kwasy tłuszczowe, powstające w wyniku rozkładu tłuszczów pokarmowych. W komórkach nabłonka syntetyzowane są z nich ponownie tłuszcze, które tworzą wraz ze specjalnymi białkami i cholesterolem kuliste struktury zwane chylomikronami, wydzielane do limfy.
Większość składników pokarmowych wchłania się w jelicie w takiej ilości, w jakiej jest dostarczana, niezależnie od zapotrzebowania organizmu. Wyjątek stanowi wapń i żelazo. Wchłanianie wapnia jest regulowane przez witaminę D, natomiast jony żelaza tworzą w nabłonku jelitowym kompleks z białkiem ferrytyną i tylko część z nich uwalniana jest do krwi. Ten ostatni proces zależy od obecności innego białka krwi — zwanego transferyną.
Hormony wydzielane w jelicie cienkim są dość liczne. Do najważniejszych z nich należą: sekretyna, cholecystokinina (CCK), gastryna, enteroglukagon, żołądkowy peptyd hamujący (GIP) i wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP). Wydzielanie tych hormonów jest pobudzane przez składniki treści pokarmowej pojawiającej się w jelicie oraz przez czynniki nerwowe. Hormony jelitowe oddziałują na funkcje różnych części układu pokarmowego. Sekretyna i cholecystokinina silnie pobudzają wydzielanie soku trzustkowego oraz żółci. Obydwa te hormony oraz GIP i VIP wpływają hamująco na wydzielanie i motorykę żołądka. Cholecystokinina pobudza skurcze pęcherzyka żółciowego. Hormony jelitowe wywierają także wpływ na inne czynności organizmu, m.in. pobudzają wydzielanie insuliny. Enteroglukagon i VIP stymulują rozkład glikogenu w wątrobie, a VIP działa silnie naczynio rozszerzająco.