Tunntarmen är uppbyggd av tre olika delar, som är tolvfingertarmen, jejunum och ileum. Tolvfingertarmen bildar början av tunntarmen, och den är fäst vid magsäcken av pylorussfinktern. Jämfört med resten av tunntarmen är tolvfingertarmen kort och bred, med en distinkt C-form. Duodenums anatomi återspeglar det faktum att huvuddelen av matsmältningen sker där.
Duodenums grova anatomi kan delas upp i fyra separata områden. Dessa är inte distinkta delar, utan har märkts för att beskriva var i tolvfingertarmen olika handlingar inträffar. De fyra delarna av tolvfingertarmen är den övre delen, den nedåtgående delen, den horisontella delen och den uppåtgående delen. Varje del hänvisar till ett visst område av tolvfingertarmens C-form.
Den övre delen av tolvfingertarmen kallas också den första delen och tolvfingertarmens bulb. Den är cirka 2 tum (5 cm) lång, med den första 3/4 av en tum (2 cm) rörlig. Detta är unikt inom tolvfingertarmens anatomi, eftersom resten av den är orörlig, fäst vid bukväggen. Den överlägsna delen utgör toppen av C-formen och börjar vid den pyloriska sphinctern.
Den nedåtgående delen, eller andra delen, är den längsta delen av tolvfingertarmens grova anatomi. Det är där matsmältningssafterna från bukspottkörteln och levern töms ut i tolvfingertarmen. Inom denna del och den horisontella eller tredje delen av tolvfingertarmen blandas maten med matsmältningsjuicerna. Enzymerna i matsmältningsjuicerna bryter ner maten till mindre molekyler, som absorberas i blodomloppet inifrån ileum.
Den mikroskopiska anatomin av tolvfingertarmen visar att den innehåller fyra lager inom sina väggar, som är desamma som resten av tunntarmen. Från insidan av tolvfingertarmen är de fyra skikten slemhinnan, submucosa, muscularis propria och serosa. Brunners körtlar finns i slemhinnan i tolvfingertarmen. Dessa körtlar producerar slem för att smörja tolvfingertarmens inre vägg, samt mineralsalter för att neutralisera pH i maten som har passerat från magen till tolvfingertarmen.
Duodenums väggar är mycket vikta och täckta av små fingerliknande utsprång som kallas villi. Dessa utsprång innehåller glatt muskulatur för att hjälpa till att flytta maten genom tolvfingertarmen, samt för att blanda den noggrant med matsmältningsjuicerna. Vissa matsmältningsenzymer produceras från celler som finns i spetsarna av villi.