Većina slučajeva crnog proljeva uzrokovana je gastrointestinalnim krvarenjem. Krv će se različito pojaviti u stolici ovisno o točki u gastrointestinalnom traktu iz koje krvarenje potječe. U tom slučaju, krvarenje se obično javlja u želucu ili jednjaku, a postaje crno kada prođe kroz probavne sokove tijela. Krvarenje iz ovih područja može biti uzrokovano ulkusima, gastritisom i pretjeranim povraćanjem. Crni sladić, dodaci željeza i određena hrana također mogu uzrokovati crni proljev, kao i višak lijekova, poput onih koji sadrže bizmut.
Tehnički naziv za crni proljev koji potječe od krvarenja iz gornjeg crijeva je melena. Kako krv prolazi kroz probavni sustav i dolazi u dodir s probavnim sokovima, željezo u krvi će se promijeniti, što dovodi do crne boje. Iako su jednjak i želudac najčešći izvori krvarenja, a liječnici će općenito tamo prvo pogledati, također je moguće da krvarenje počne niže u crijevnom traktu, kao što je tanko crijevo ili debelo crijevo.
Čirevi se definiraju kao ranice koje se stvaraju na koži i ometaju rad tog organa. Ulkusi na želucu ili peptički su čirevi koji se stvaraju bilo gdje na sluznici probavnog sustava i mogu biti izuzetno bolni zbog kiselog okruženja gastrointestinalnog trakta. Iako je većina čira na želucu uzrokovana kroničnom infekcijom bakterijom Helicobacter pylori, oni također mogu biti uzrokovani prekomjernom konzumacijom alkohola ili dugotrajnom upotrebom nesteroidnih protuupalnih lijekova (NSAID). U tim slučajevima, crni proljev često je pokazatelj čira na želucu koji je počeo krvariti.
Gastritis je sličan čiru na želucu, ali se općenito definira kao upala gastrointestinalne sluznice. Mnoge okolnosti koje uzrokuju čir na želucu također mogu uzrokovati gastritis, osobito alkohol i nesteroidni protuupalni lijekovi, ali se gastritis može manifestirati i zbog stresa, određenih autoimunih poremećaja ili operacije. Kronični gastritis, posebice, može ići uz Crohnovu bolest, komplikacije jetre ili zatajenje bubrega. Dugotrajna ili teška upala želučane sluznice može na kraju dovesti do krvarenja i, posljedično, crnog proljeva.
Prekomjerno povraćanje ili kašalj, posebno poznato kao Mallory-Weissov sindrom, može dovesti do rascjepa u gornjem dijelu gastrointestinalnog trakta, posebno na spoju između želuca i jednjaka. Teško, nasilno povraćanje koje se javlja kod Mallory-Weissovog sindroma najčešće je povezano s poremećajima prehrane i alkoholizmom, ali svaka okolnost koja uključuje akutno povraćanje može dovesti do ovog stanja. Općenito, pacijenti će otkriti suzu u jednjaku kašljanjem ili povraćanjem krvi, ali crni proljev također služi kao znak krvarenja koje je jednostavno krenulo u suprotnom smjeru.
Određena hrana također može uzrokovati benignu promjenu boje u stolici, kao što je prekomjerna konzumacija crnog sladića ili hrane s visokom koncentracijom životinjske krvi. Suplementi željeza također mogu uzrokovati da stolica postane crna, ili ponekad zelenkasta, boje. Bizmut subsalicilat, kemikalija koja se najčešće koristi za liječenje probavnih smetnji, također može dovesti do bezopasne promjene boje u crnu stolicu zbog reakcije sa sumporom prisutnim u gastrointestinalnom sustavu. U tim slučajevima, lijekovi ili hrana uzrokuju da stolica postane prirodno crna; proljev je najvjerojatnije neovisan o ovoj promjeni boje i uzrokovan je drugim čimbenikom.