Двенадцатиперстная кишка тесно анатомически и функционально связана с поджелудочной железой и желчевыделительной системой. На внутренней поверхности нисходящей части двенадцатиперстной кишки имеется большой дуоденальный сосочек (фатеров сосочек), в который, через сфинктер Одди, открываются общий жёлчный проток и проток поджелудочной железы (у большинства, но не у всех людей он впадает в общий жёлчный проток, но у некоторых идёт отдельно). Выше фатерова сосочка на 8—40 мм может находиться малый дуоденальный сосочек, через который открывается дополнительный (санториниев) проток поджелудочной железы (эта структура анатомически вариабельна).
Двенадцатиперстная кишка имеет особое гистологическое строение слизистой, делающее её эпителий более устойчивым к агрессивности как желудочной кислоты и пепсина, так и концентрированной жёлчи и панкреатических ферментов, чем эпителий более дистальных отделов тонкой кишки. Строение эпителия двенадцатиперстной кишки отличается также и от строения эпителия желудка.