直肠与结肠一样亦由黏膜层、黏膜下层、肌层和外膜层组成。
（1）黏膜层：由上皮层、固有层及黏膜肌层三层构成。黏膜上皮为单层柱状上皮细胞，之间夹有大量杯状细胞。内部含有丰富肠腺，肠腺多数是直的管状腺，开口于肠黏膜，可以分泌肠液，保护肠壁，润滑粪便。黏膜层中包括两薄层平滑肌，内层呈环形，外层呈纵行，叫作黏膜肌。
（2）黏膜下层：是黏膜层之下的一层疏松结缔组织，该层存在大量脂肪细胞、血管、淋巴和神经丛。
（3）肌层：由两层组成，内层为整齐的环形平滑肌，外层为纵行的平滑肌。肌层可通过节律性蠕动，推动粪便的排出。
（4）外膜层：上部前面的两层是浆膜，其余部分是纤维膜。