可直接观察癌肿的形态，并可在直视下做活组织病理学检查，以确定诊断。硬管食管镜现已少用，目前多使用纤维食管镜或胃镜检查，纤维内镜柔软可曲，插管容易，但必须在看清管腔时推进，避免损伤管壁。纤维镜或电子镜均可放大病变，容易观察细小变化，对早期食管癌的诊断很有帮助。
纤维食管镜检查的适应证有：①早期患者无症状或症状轻微。X线无肯定发现，而脱落细胞学阳性时；②X线所见与良性病变不易鉴别，如管壁对称光滑的狭窄，类似良性瘢痕性狭窄，或像平滑肌瘤的黏膜下壁在病变；③已确诊的食管良性病变，如憩室或贲门失弛症，症状有明显加重时；④已接受各种治疗的患者的随访，观察疗效。
（1）中晚期食管癌表现：镜下所见有肿块突入食管，其表现为结节或菜花样肿物，食管病变处黏膜充血水肿或苍白发僵，触之易出血，并有糜烂和溃疡，溃疡底部高低不平，覆污秽苔，癌肿近端扩张不明显。有时癌肿呈环形生长，使食管狭窄，内镜不能通过。
一般对中晚期食管癌、贲门癌通过X线造影辅以细胞学检查就可以确定诊断。
（2）早期食管癌表现：主要是黏膜改变，镜下表现为：①肿物呈结节状、乳头状或小息肉状突向食管腔内，表面有糜烂或浅表溃疡存在；②病变黏膜粗糙，呈橘皮状，色苍白或白斑样改变；③病变处黏膜糜烂，有小凹陷，上覆白色或灰白色分泌物；④黏膜斑片状充血与正常黏膜界限不清。若不见病变，为提高检出率，对可疑病变可用1%甲苯胺蓝（正常黏膜不着色，肿瘤染蓝色）或Lugol液3%～5%（正常黏膜染棕色而肿瘤不着色）染色，对辨认病灶及指导内镜下活检有一定的帮助。