食道癌的确切病因目前尚不清楚，多认为其发病与高发区的生活条件、饮食习惯、存在强致癌物、缺乏抗癌基因及遗传易感性有关。与食道癌发病有关的生物化学因素包括亚硝胺、真菌毒素及人乳头状病毒。
1、亚硝胺
亚硝胺是目前公认的具有致癌作用的化学物质，硝酸盐、亚硝酸盐、二级胺、三级胺等都可通过一定的代谢过程转化为亚硝胺，称为亚硝胺前体。食道癌高发地区的粮食和饮水中，都有较高的含量，亚硝胺能诱发人食道上皮重度增生，进一步诱发鳞状上皮癌。亚硝胺的致癌作用已通过甲苄亚硝胺诱发大鼠食道癌的试验获得证实。
2、真菌毒素
各种霉变的食物能产生具有致癌作用的真菌毒素，如镰刀菌、白地霉菌、黄曲霉菌、黑曲霉菌等，他们不仅能将硝酸盐还原为亚硝酸盐，还能增加二级胺的含量，促进亚硝胺的合成。
3、人乳头状病毒
新近的研究发现，人感染乳头状病毒后，食管上皮会出现不同程度的增生，而食管上皮增生与食道癌有一定的关系，但乳头状病毒与食道癌的确切关系尚待进一步研究证实。