Det vigtigste arbejde med fordøjelsen foregår i tyndtarmen, som er bemærkelsesværdig lang, nemlig 6 meter. Tyndtarmen nedbryder fedtstoffer, stivelse og proteiner til fedtsyrer, simpelt sukker og aminosyrer, som den derefter kan optage.
Den mad, du spiser, tager generelt tre til fem timer om at bevæge sig gennem tyndtarmen. I løbet af denne tid bliver maden badet i fordøjelsesenzymer og -safter, der strømmer ind i tarmen gennem kanaler fra leveren og bugspytkirtlen. Galde, der produceres af leveren og opbevares i galdeblæren, emulgerer fedt og gør det muligt at optage det. Enzymer, der udskilles af bugspytkirtlen, f.eks. trypsin, amylase og lipase, hjælper med at fordøje proteiner, kulhydrater og fedtstoffer. Når de er reduceret til produkter, som kroppen kan håndtere, absorberes næringsstofferne fra fordøjet mad af tarmens tynde foring og sendes til celler i hele kroppen via blodbanen og lymfesystemet.
Maden bevæger sig gennem tyndtarmen som på et transportbånd. Det første trin, efter at maven har tømt maden gennem pylorisk lukkemusklen, er den fodlange tolvfingertarm, der ligger et par centimeter over navlen. Mange mineraler, som f.eks. jern og calcium, optages i tolvfingertarmen. Det er også her, at galde og bugspytkirtel-safter bliver blandet.
Efter tolvfingertarmen er den næste del af tyndtarmen jejunum, som måler otte fod i længden. I jejunum nedbrydes fedt, stivelse og proteiner yderligere og absorberes.
Den tredje og nederste del af tyndtarmen, ileum, er ca. 3,5 meter lang. I ileum absorberes vand samt vitamin B12 og galdesalte.