การออกกำลังกาย

สมรรถภาพทางกาย

บุคคลสามารถเพิ่มสมรรถภาพทางกายโดยเพิ่มออกกำลังกาย
ขนาดกล้ามเนื้อที่เพิ่มขึ้นเพราะการฝึกโดยใช้น้ำหนักโดยหลักจะกำหนดด้วยอาหารและเทสโทสเตอโรน
แต่การได้ผลดีกว่าจากการฝึกเพราะเหตุกรรมพันธุ์ก็เป็นความแตกต่างทางสรีรภาพที่สำคัญระหว่างนักกีฬาเก่ง ๆ กับคนทั่วไป
งานศึกษาแสดงว่าการออกกำลังกายในวัยกลางคน (ประมาณ 40-65 ปี) จะทำให้มีสมรรถภาพทางกายดีกว่าเมื่อชรา
พัฒนาการทางการเคลื่อนไหว-กล้ามเนื้อในวัยเด็กพบว่า สัมพันธ์กับกิจกรรมและสมรรถภาพทางกายภายหลังในชีวิตเช่นกัน
คือเด็กที่คล่องแคล่วกว่าตั้งแต่ต้น ๆ มักเลือกทำกิจกรรมทางกายมากกว่า ดังนั้น จึงมักเล่นกีฬาได้เก่งกว่าและมีสมรรถภาพทางกายที่ดีกว่า
การเคลื่อนไหวที่คล่องแคล่วตั้งแต่เด็กมีสหสัมพันธ์ในเชิงบวกกับการเลือกทำกิจกรรมทางกายและสมรรถภาพทางกายที่ดีกว่า เทียบกับการเคลื่อนไหวที่ไม่คล่องแคล่วที่มีผลให้มักใช้ชีวิตแบบอยู่เฉย ๆ
งานวิเคราะห์อภิมานปี 2015 แสดงว่า การฝึกร่างกายโดยออกกำลังกายอย่างหนักสลับกับออกกำลังแบบพักระยะสั้น ๆ (HIIT) เพิ่มความอึด/ความคงทนได้ดีกว่าการฝึกความคงทนที่ทำต่อเนื่องอย่างสม่ำเสมอ

ระบบหัวใจร่วมหลอดเลือด

ผลดีของการออกกำลังกายต่อระบบหัวใจร่วมหลอดเลือดมีหลักฐานดี
การไม่ออกกำลังกายมีสหสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการตายเพราะโรคหัวใจร่วมหลอดเลือด 
และก็เป็นปัจจัยเสี่ยงอิสระต่อการเกิดโรคหลอดเลือดเลี้ยงหัวใจอีกด้วย
การออกกำลังกายน้อยเพิ่มความเสี่ยงตายเพราะโรคหัวใจร่วมหลอดเลือด
เด็กที่ออกกำลังกายลดไขมันร่างกายได้ดีกว่าและมีสมรรถภาพทางหัวใจร่วมหลอดเลือดที่ดีกว่า
งานศึกษาต่าง ๆ ได้แสดงว่า ความเครียดในวัยเด็กเนื่องกับการเรียนเพิ่มความเสี่ยงหัวใจร่วมหลอดเลือดภายหลังในชีวิต
แต่สามารถลดได้อย่างมากด้วยการออกกำลังกายเป็นประจำ
ในกลุ่มประชากรวัยกลางคนและผู้สูงอายุ ปริมาณการออกกำลังกายเริ่มตั้งแต่เมื่อใช้พลังงาน 700-2,000 กิโลแคลอรีต่ออาทิตย์ สัมพันธ์กับอัตราตายเพราะเหตุทั้งหมด (all-cause) และอัตราตายเพราะโรคหัวใจร่วมหลอดเลือดที่ลดลง
กลุ่มที่สามารถลดความเสี่ยงตายมากที่สุดก็คือผู้ที่อยู่เฉย ๆ ไม่ค่อยทำอะไรผู้กลายมาทำกิจกรรมพอประมาณ
งานศึกษาต่าง ๆ ได้แสดงว่า เพราะโรคหัวใจเป็นเหตุความตายระดับต้น ๆ ในหญิง การออกกำลังกายสำหรับหญิงผู้มีอายุสูงขึ้นทำให้สุขภาพหัวใจร่วมหลอดเลือดดีขึ้น
โดยผลดีที่สุดได้ด้วยการออกกำลังกายหนักปานกลาง (40-60% ของการใช้ออกซิเจนสูงสุดโดยขึ้นอยู่กับอายุ)
แม้บุคคลผู้เปลี่ยนพฤติกรรมคือออกกำลังกายให้สม่ำเสมอหลังเหตุการณ์กล้ามเนื้อหัวใจตายเหตุขาดเลือด ก็มีอัตราการรอดชีวิตที่ดีขึ้น
และผู้ที่ยังคงอยู่เฉย ๆ ก็จะเสี่ยงสูงสุดต่อการตายเพราะเหตุทั้งหมดและเพราะโรคหัวใจร่วมหลอดเลือด
ตามสมาคมหัวใจอเมริกัน (AHA) การออกกำลังกายลดความเสี่ยงโรคหัวใจร่วมหลอดเลือดแบบต่าง ๆ รวมทั้งกล้ามเนื้อหัวใจตายเหตุขาดเลือดและโรคหลอดเลือดสมอง

ภูมิคุ้มกัน

แม้จะมีงานศึกษาเป็นร้อย ๆ ในเรื่องการออกกำลังกายกับระบบภูมิคุ้มกัน แต่ก็มีหลักฐานสัมพันธ์กับความเจ็บป่วยโดยตรงน้อยมาก
หลักฐานทางวิทยาการระบาดแสดงนัยว่า การออกกำลังกายหนักปานกลางมีผลดีต่อระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์
โดยประโยชน์ปรากฏเป็นเส้นโค้งรูปตัว J 
การออกกำลังกายหนักปานกลางสัมพันธ์กับการลดการติดเชื้อในทางลมหายใจส่วนบน (upper respiratory tract infection, URTI) แต่งานศึกษาในนักวิ่งมาราธอนพบว่า การออกกำลังกายอย่างหนักเป็นเวลานานเช่นนี้สัมพันธ์กับความเสี่ยงติดเชื้อที่สูงขึ้น
แม้งานศึกษาอีกงานหนึ่งจะไม่พบผลที่ว่า
หลังออกกำลังกายหนักเป็นเวลานานเซลล์ภูมิคุ้มกันดูเหมือนจะทำงานแย่ลง และงานศึกษาบางงานก็พบว่า นักกีฬาเสี่ยงติดเชื้อได้ง่ายขึ้น
งานศึกษาต่าง ๆ ได้แสดงว่า การออกกำลังกายหนักเป็นเวลานาน เช่นการฝึกวิ่งมาราธอน สามารถกดระบบภูมิคุ้มกันโดยลดความเข้มข้นของลิมโฟไซต์
ถึงกระนั้น ระบบภูมิคุ้มกันของนักกีฬาและของบุคคลอื่นโดยทั่วไปก็คล้าย ๆ กัน
แม้นักกีฬาอาจมีจำนวนเซลล์ภูมิคุ้มกันแบบ natural killer cell และมีการสลายเซลล์ (cytolytic action) ที่สูงกว่าบ้าง แต่ก็ไม่น่าจะมีผลทางสำคัญทางสุขภาพ
ในนักวิ่งมาราธอน อาหารเสริมคือวิตามินซีสัมพันธ์กับการติดเชื้อทางเดินลมหายใจส่วนบนที่ลดลง
สารบ่งชี้ทางชีวภาพของการอักเสบเช่น C-reactive protein ซึ่งสัมพันธ์กับโรคเรื้อรัง จะลดลงในบุคคลที่ออกกำลังเทียบกับคนที่อยู่เฉย ๆ และผลดีของการออกกำลังกายอาจมาจากผลต้านการอักเสบของมัน
สำหรับผู้ที่มีโรคหัวใจ การออกกำลังกายช่วยลดระดับ fibrinogen และ C-reactive protein ในเลือดซึ่งเป็นสารส่อความเสี่ยงโรคหัวใจร่วมหลอดเลือดที่สำคัญ
ผลต้านการอักเสบเช่นนี้อาจมีเหตุจากการลดการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันทันทีหลังจากการออกกำลังกายใหม่ ๆ

มะเร็ง

งานปริทัศน์เป็นระบบได้ทบทวนงานศึกษา 45 งานที่ได้ตรวจความสัมพันธ์ระหว่างการออกกำลังกายกับการรอดชีวิตจากโรคมะเร็ง (คือยังมีชีวิตหลังจากได้วินิจฉัยว่าเป็นมะเร็ง)
ตามงานนี้ "มีหลักฐานที่คงเส้นคงวาจากงานศึกษาแบบสังเกตว่า การออกกำลังกายสัมพันธ์กับอัตราการตายที่ลดลงเพราะเหตุทั้งหมด, เพราะมะเร็งเต้านม และเพราะมะเร็งลำไส้ใหญ่
แต่ปัจจุบัน (2012) ยังไม่มีหลักฐานพอว่า การออกกำลังกายสัมพันธ์กับอัตราการตายของผู้รอดชีวิตเพราะโรคมะเร็งอื่น ๆ"
แม้จะมีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์จำกัดในเรื่องนี้ แพทย์ก็แนะนำคนไข้ภาวะผอมหนังหุ้มกระดูกเพราะมะเร็ง (cancer cachexia) ให้ออกกำลังกาย
เพราะปัจจัยต่าง ๆ คนไข้บางพวกจะสามารถออกกำลังกายได้แม้จำกัด
แต่คนไข้เช่นนี้ก็มักไม่ทำตามคำของแพทย์ในเรื่องนี้ และการทดลองทางคลินิกเพื่อให้คนไข้ออกกำลังกายก็มักจะมีปัญหาอาสาสมัครถอนตัวจากงานในระหว่าง ๆ สูง

ผลทางประสาทชีวภาพ

การออกกำลังกายมีผลมากต่อโครงสร้าง หน้าที่การทำงาน และการรู้คิดของสมองงานวิจัยในมนุษย์จำนวนมากแสดงว่า การออกกำลังกายแบบแอโรบิก (จากเบาถึงหนักที่ใช้กระบวนการสร้างพลังงานโดยออกซิเจน) โดยอย่างน้อย 30 นาทีทุกวันปรับปรุงการทำงานของสมอง โดยปรับหน้าที่การรู้คิด (cognitive function) การแสดงออกของยีน สภาพพลาสติกทางประสาท (neuroplasticity) และพฤติกรรมที่มีผลดี
ผลที่ได้ในระยะยาวรวมทั้งการเกิดเซลล์ประสาท (neurogenesis) ที่เพิ่มขึ้น, การทำงานทางประสาทที่ดีขึ้น (เช่นในการส่งสัญญาณแบบ c-Fos และ BDNF), การรับมือกับความเครียดที่ดีขึ้น, การควบคุมพฤติกรรมที่ดีขึ้น, ความจำชัดแจ้ง (declarative) ความจำปริภูมิ (spatial) ความจำใช้งาน (working) ที่ดีขึ้น, และการปรับปรุงทางโครงสร้างและหน้าที่ของสมองและวิถีประสาทที่สัมพันธ์กับการควบคุมการรู้คิดและความจำ
ผลการออกกำลังกายต่อความรู้คิดอาจช่วยการเรียนหนังสือในนักเรียนนักศึกษา เพิ่มผลิตผลการทำงาน ช่วยรักษาการทำงานของสมองในคนแก่ ป้องกันหรือบำบัดความผิดปกติทางประสาทแบบต่าง ๆ และปรับปรุงคุณภาพชีวิตโดยทั่วไป
คนที่ออกกำลังกายแบบแอโรบิกอย่างสม่ำเสมอ 
(เช่น วิ่ง เดินเร็ว ว่ายน้ำ และขี่จักรยาน) ได้คะแนนดีกว่าเมื่อตรวจสอบการทำงานทางประสาทจิตวิทยาที่วัดหน้าที่การรู้คิดบางอย่าง เช่น การควบคุมการใส่ใจ การหยุดพฤติกรรมอัตโนมัติเพื่อทำสิ่งที่ได้ผลกว่า (inhibitory control) ความยืดหยุ่นทางการรู้คิด ความจำใช้งานในด้านการอัพเดตและความจุ ความจำชัดแจ้ง ความจำปริภูมิ และความเร็วในการประมวลข้อมูล
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกยังเป็นยาแก้ซึมเศร้าและยาทำให้ครึ้มใจอีกด้วย
ดังนั้น การออกกำลังกายให้สม่ำเสมอจะปรับปรุงอารมณ์และความภูมิใจในตนเอง (self-esteem) ให้ดีขึ้นโดยทั่วไป
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกให้สม่ำเสมอจะปรับปรุงอาการที่สัมพันธ์กับความผิดปกติของระบบประสาทกลาง (CNS disorder) ต่าง ๆ และสามารถใช้เป็นการรักษาเสริมสำหรับความผิดปกติเหล่านั้น มีหลักฐานที่ชัดเจนถึงประสิทธิผลของการออกกำลังกายเพื่อรักษาโรคซึมเศร้า (MDD)
และโรคสมาธิสั้น (ADHD)
หลักฐานพรีคลินิกและหลักฐานคลินิกที่กำลังออกมาเรื่อย ๆ จำนวนมาก สนับสนุนการรักษาโดยการออกกำลังกายเพื่อรักษาและป้องกันการติดยางานทบทวนวรรณกรรมที่ตรวจหลักฐานทางคลินิกยังสนับสนุนให้ออกกำลังกายเป็นการรักษาเสริมสำหรับโรคประสาทเสื่อม (neurodegenerative disorder) บางอย่าง โดยเฉพาะโรคอัลไซเมอร์
และโรคพาร์คินสัน
การออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอยังสัมพันธ์กับโอกาสเสี่ยงต่อโรคประสาทเสื่อมที่ต่ำกว่า
และเสนอให้ใช้เป็นการรักษาเสริมต่อมะเร็งสมองอีกด้วย

โรคซึมเศร้า

งานทบทวนวรรณกรรมทางการแพทย์จำนวนหนึ่งชี้ว่า การออกกำลังกายมีผลแก้ซึมเศร้าที่ชัดเจนและคงยืนในมนุษย์
ซึ่งเชื่อว่าอำนวยผ่านกระบวนการ BDNF signaling ที่ดีขึ้นในสมองงานปริทัศน์เป็นระบบหลายงานได้วิเคราะห์โอกาสที่การออกกำลังกายจะช่วยรักษาโรคซึมเศร้า (MDD) งานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเครนปี 2556 ให้ข้อสังเกตว่า แม้จะมีหลักฐานจำกัด แต่การออกกำลังกายมีผลดีกว่าการแทรกแซงรักษาที่ใช้ในกลุ่มควบคุม และอาจมีผลเทียบกับจิตบำบัดหรือยาแก้ซึมเศร้าได้
งานปริทัศน์เป็นระบบปี 2557 อีก 3 งาน ซึ่งวิเคราะห์งานทบทวนแบบคอเครนด้วย สรุปโดยคล้าย ๆ กัน งานหนึ่งชี้ว่า การออกกำลังกายมีประสิทธิผลเท่ากับการรักษาเสริม (adjunct treatment) แบบอื่น ๆ ที่ใช้ร่วมกับยาแก้ซึมเศร้า
ส่วนงานอีก 2 งานชี้ว่า การออกกำลังกายมีผลแก้ความซึมเศร้าอย่างชัดเจน และแนะนำให้รวมการออกกำลังกายเป็นการรักษาเสริมสำหรับโรคซึมเศร้าระดับปานกลาง-รุนแรง และสำหรับความเจ็บป่วยทางจิตใจอื่นโดยทั่วไป
งานปริทัศน์อีกงานหนึ่งให้ข้อสังเกตว่า โยคะอาจมีประสิทธิผลบรรเทาอาการโรคซึมเศร้าก่อนคลอดบุตร (prenatal depression) ของหญิงมีครรภ์
ส่วนงานทบทวนอีกงานหนึ่งแสดงว่า 
หลักฐานจากการทดลองทางคลินิกสนับสนุนว่า การออกกำลังกายมีผลดีต่อการรักษาโรคซึมเศร้าที่ช่วง 2-4 เดือน
แต่งานทบทวนหลักฐานทางคลินิกปี 2558 และแนวทางทางการแพทย์สำหรับรักษาโรคซึมเศร้าด้วยการออกกำลังกายให้ข้อสังเกตว่า แม้หลักฐานเกี่ยวกับประสิทธิผลของการออกกำลังกายจะมีข้อจำกัด
แต่ก็ชัดเจนว่าช่วยลดอาการของโรค
แล้วให้ข้อสังเกตด้วยว่า ลักษณะคนไข้ รูปแบบความซึมเศร้า และลักษณะโปรแกรมการออกกำลังกายล้วนมีผลต่อการแก้ความซึมเศร้า
งานวิเคราะห์อภิมานเดือนกรกฎาคม 2559 สรุปว่า การออกกำลังกายเพิ่มคุณภาพชีวิตโดยทั่วไปในคนไข้โรคซึมเศร้าเทียบกับกลุ่มควบคุมการออกกำลังกายแบบแอโรบิกอย่างต่อเนื่องสามารถทำให้ครึ้มใจอย่างชั่วคราวเพราะการสังเคราะห์สารเคมีประสาทอย่างน้อย 3 อย่างคือ anandamide (เป็น endocannabinoid ชนิดหนึ่ง),
เอ็นดอร์ฟินบีตา (β-endorphin เป็นสารโอปิออยด์ธรรมชาติ)
และ phenethylamine (เป็น trace amine และแอนะล็อกของแอมเฟตามีน )

การนอนหลับ

หลักฐานเบื้องต้นจากงานทบทวนวรรณกรรมปี 2012 ชี้ว่า การฝึกออกกำลังกายจนกระทั่งถึงเดือนที่ 4 อาจเพิ่มคุณภาพการนอนหลับในผู้ใหญ่อายุมากกว่า 40 ปี
ส่วนงานทบทวนวรรณกรรมปี 2010 เสนอว่า การออกกำลังกายโดยทั่วไปทำให้นอนหลับได้ดีขึ้นสำหรับคนโดยมาก และอาจช่วยการนอนไม่หลับ แต่ก็ยังไม่มีหลักฐานพอสรุปความสัมพันธ์อย่างละเอียด

การออกกำลังกายเกิน

การออกกำลังกายเกินอาจเป็นอันตราย
เพราะถ้าพักไม่พอ โอกาสโรคหลอดเลือดสมองและปัญหาระบบหัวใจและหลอดเลือดก็จะเพิ่มขึ้น
และกล้ามเนื้อก็อาจโตช้า
การออกกำลังทางหัวใจและหลอดเลือดอย่างหนักมากและเป็นเวลานานดังที่พบในนักกีฬาที่ฝึกวิ่งมาราธอนต่อ ๆ กัน สัมพันธ์กับการเกิดแผลเป็นที่หัวใจและหัวใจเต้นผิดปกติ
โดยเฉพาะก็คือ การทำงานหนักของหัวใจพบว่า ขยายขนาดของหัวใจห้องล่าง (ventricle) ทั้งด้านซ้ายขวา ทำให้ผนังหนาขึ้น และเพิ่มมวลของหัวใจ
แล้วทำเซลล์กล้ามเนื้อที่บุหัวใจให้เสียหาย, ทำให้เกิดแผลเป็น และผนังหัวใจหนาขึ้น
เมื่อกระบวนการเช่นนี้กำลังดำเนินอยู่ โปรตีน troponin ก็จะเพิ่มขึ้นในเลือด เป็นตัวชี้การตายของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ และชี้ความเครียดที่เกิดขึ้นที่หัวใจเอง
การออกกำลังกายที่ไม่เหมาะสมอาจทำอันตรายมากกว่าให้ประโยชน์ แต่นิยามว่าอะไรไม่เหมาะสมอาจจะไม่เหมือนกันทุกคน
สำหรับกิจกรรมหลายอย่างโดยเฉพาะการวิ่งและปั่นจักรยาน การฝึกที่วางแผนไม่ดีอาจทำให้บาดเจ็บอย่างสำคัญได้
อนึ่ง การบาดเจ็บเพราะอุบัติเหตุก็เป็นเรื่องน่าเป็นห่วงด้วย
แต่ผลลบเพราะประสบกับมลภาวะอากาศดูเหมือนจะไม่น่าเป็นห่วงมากเพราะพบในงานศึกษาว่า เพียงเพิ่มเซลล์ในเลือดที่เป็นการตอบสนองต่อการอักเสบโดยไม่มีผลต่อสุขภาพที่ชัดเจนและผู้วิจัยไม่คิดว่า เป็นหลักฐานสนับสนุนไม่ให้ออกกำลังกาย
ในกรณีที่รุนแรง การออกกำลังกายเกินอาจทำให้เสียสมรรถภาพทางร่างกายอย่างสำคัญ
การออกแรงกล้ามเนื้อมากเกินที่ไม่คุ้นเคยอาจทำให้กล้ามเนื้อเสียหาย (rhabdomyolysis เป็นภาวะกล้ามเนื้อโครงร่างที่เสียหายสลายตัวเร็วเกิน) เช่นที่พบบ่อย ๆ ในทหารใหม่
อันตรายอีกอย่างก็คือการฝึกเกิน ที่ความเข้มหรือปริมาณการฝึก มากเกินกว่าที่ร่างกายจะฟื้นสภาพได้ก่อนจะฝึกครั้งต่อไป
ผลอย่างหนึ่งก็คือการกดการทำงานของระบบภูมิคุ้มกัน ทำให้ติดเชื้อทางลมหายใจส่วนบน (URTI) มากขึ้น
ซึ่งเกิดทั้งเมื่อฝึกหนัก ฝึกมาก หรือออกกำลังกายมากเกิน เช่นวิ่งมาราธอน
การวิ่งมาราธอนบังคับให้ฝึกเข้มขึ้นสัปดาห์ต่อสัปดาห์ ทำให้เสี่ยงบาดเจ็บยิ่งขึ้น ๆ เมื่อเพิ่มระยะทางการวิ่ง
งานศึกษาหนึ่งพบว่า ภายใน 10-15 ปีที่ผ่านมา นักวิ่งมาราธอน 90% บาดเจ็บเมื่อกำลังฝึก
การออกกำลังกายควรจำกัดตามสมรรถภาพของร่างกายแต่ละส่วน
เช่น แม้ข้อต่อและกล้ามเนื้อบางส่วนอาจทนวิ่งมาราธอนหลายครั้งได้ แต่บางส่วนก็อาจเสียหายเพราะวิ่งจ๊อกกิ้งเพียงแค่ 20 นาที
ดังนั้น บุคคลควรรู้ข้อจำกัดของตน
การออกกำลังกายมากเกินยังทำให้หญิงหยุดมีประจำเดือนได้เป็นภาวะขาดระดู (amenorrhea)
อย่างไรก็ดี การเลิกการออกกำลังกายเกินอย่างฉับพลันก็อาจทำให้อารมณ์เปลี่ยนไปได้

กล้ามเนื้อโครงร่าง

การฝึกโดยใช้น้ำหนักและการทานอาหารต่อมาที่มีโปรตีนมากจะโปรโหมตให้กล้ามเนื้อโตขึ้น ทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรงขึ้นโดยกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนกล้ามเนื้อ (MPS) และระงับการสลายโปรตีนกล้ามเนื้อ (MPB) ในเส้นใยฝอยกล้ามเนื้อ 
การฝึกโดยใช้น้ำหนักกระตุ้นกระบวนการ MPS ผ่านปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนคือ mechanistic target of rapamycin (mTOR) และการก่อกัมมันต์ต่อมาของ mTORC1 
ซึ่งทำให้เซลล์สังเคราะห์โปรตีน (protein biosynthesis) ภายในไรโบโซม ผ่านปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนเป้าหมายของ mTORC1 คือ p70S6 kinase และ 4EBP1
การระงับ MPB หลังจากทานอาหารเกิดผ่านการเพิ่มอินซูลินในเลือดเป็นเหลัก
กลไกของ MPS และ MPB ที่ว่าทั้งสองนี้พบด้วยเมื่อทานอาหารเสริมคือ β-hydroxy β-methylbutyric acid (HMB)
การออกกำลังกายแบบแอโรบิกเพิ่ม mitochondrial biogenesis
และเพิ่มสมรรถภาพของวิถีเมแทบอลิซึม oxidative phosphorylation
ผลเช่นนี้เกิดขึ้นผ่านการเพิ่มอัตราส่วนของอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต:อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (AMP:ATP) ภายในเซลล์เพราะการออกกำลังกาย
ดังนั้น จึงจุดชนวนการก่อกัมมันต์ของ AMP-activated protein kinase (AMPK) ซึ่งต่อมาเพิ่มหมู่ phosphoryl ให้แก่ peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α) ซึ่งเป็นยีนควบคุมหลัก (master regulator) ของ mitochondrial biogenesis

อวัยวะอื่น ๆ

งานวิจัยได้แสดงว่า ประโยชน์บางอย่างของการออกกำลังกายมาจากการหลั่งสารของกล้ามเนื้อโครงร่าง
คือกล้ามเนื้อที่หดเกร็งจะปล่อยสารหลายชนิดในกลุ่ม myokine ซึ่งโปรโหมตการเติบโตของเนื้อเยื่อ, การซ่อมแซมเนื้อเยื่อ, และกิจต้านการอักเสบหลายอย่าง ซึ่งก็ลดความเสี่ยงโรคที่เกิดจากการอักเสบต่าง ๆ
การออกกำลังกายยังลดระดับฮอร์โมนสเตอรอยด์คือ cortisol ซึ่งหลั่งเมื่อเครียดและสร้างปัญหาทางสุขภาพกายและใจหลายรูปแบบ
การออกกำลังกายก่อนอาหารเพื่อเพิ่มความอดทน จะลดระดับกลูโคสในเลือดได้มากกว่าออกกำลังหลังอาหาร
มีหลักฐานว่าการออกกำลังกายแบบหนัก (90-95% ของ VO₂ max) จะทำให้หัวใจโตมากกว่าออกกำลังกายแบบปานกลาง (40-70% ของ VO₂ max) แต่ก็ยังไม่รู้ว่านี่มีผลต่อความเจ็บป่วยหรือการตายหรือไม่
การออกกำลังกายทั้งแบบแอโรบิกและอะแนโรบิกล้วนเพิ่มประสิทธิภาพทางกลศาสตร์ของหัวใจโดยเพิ่มปริมาตรหัวใจ (การออกกำลังกายแบบแอโรบิก) หรือเพิ่มความหนาของกล้ามเนื้อหัวใจ (การฝึกโดยใช้น้ำหนัก)
หัวใจห้องล่างที่โตขึ้น (ventricular hypertrophy) เพราะผนังที่หนาขึ้น โดยทั่วไปมีประโยชน์ถ้าเป็นการตอบสนองต่อการออกกำลังกาย

ระบบประสาทกลาง

ผลของการออกกำลังกายต่อระบบประสาทกลางอำนวยโดยส่วนหนึ่งด้วยฮอร์โมน neurotrophic factor
ที่กล้ามเนื้อหลั่งออกในเลือดรวมทั้ง brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor 1 (IGF-1) และ vascular endothelial growth factor (VEGF)

นโยบายสาธารณสุข

มักมีการรณรงค์เพื่อเพิ่มการออกกำลังกายของประชาชน
แต่งานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเคลนปี 2015 ก็ไม่พบหลักฐานว่ามีประโยชน์
แม้หลักฐานที่ตรวจจะมีคุณภาพไม่ดี
ถึงกระนั้น ก็มีหลักฐานบ้างว่า การรณรงค์ในโรงเรียนให้ออกกำลังกายทำให้เด็กเพิ่มกิจกรรมและมีสมรรถภาพทางกายที่ดีขึ้น
ส่วนงานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเคลนปี 2011 พบหลักฐานบ้างว่า โปรแกรมออกกำลังกายบางอย่าง เช่นที่เกี่ยวกับท่าเดิน การทรงร่างกาย การทำงานประสานกันของร่างกาย และงานที่มีจุดหมายโดยเฉพาะ ๆ อาจปรับปรุงการทรงดุลของร่างกายในผู้ใหญ่สูงอายุ
อนึ่ง หลังจากให้ฝึกโดยใช้น้ำหนักแบบค่อย ๆ เป็นค่อย ๆ ไป ผู้สูงอายุยังมีประสิทธิภาพทางกายที่ดีขึ้น
งานสำรวจการรักษาสั้น ๆ ที่โปรโหมตการออกกำลังกายพบว่า การรักษามีประโยชน์ดีเทียบกับค่าใช้จ่าย แต่ก็ต่าง ๆ กันในงานศึกษาต่าง ๆ
วิธีการทางสิ่งแวดล้อมก็ดูมีอนาคต เช่น การมีป้ายสนับสนุนให้ใช้บันได รวมทั้งการรณรงค์ในชุมชน โดยอาจช่วยให้เพิ่มออกกำลังกาย
ยกตัวอย่างเช่น กรุงโบโกตาแห่งประเทศโคลอมเบียปิดถนนเป็นระยะ 113 กม. วันอาทิตย์และวันหยุดเพื่อให้ประชาชนออกกำลังกายได้ง่ายขึ้น
การสร้างเขตคนเดินเท้าเช่นนี้สามารถใช้เป็นส่วนในการต่อต้านโรคเรื้อรังและให้ธำรงดัชนีมวลกายที่ถูกสุขภาพ
เพื่อระบุว่า นโยบายสาธารณสุขเช่นไรมีประสิทธิภาพ มีงานทบทวนวรรณกรรมแบบคอเคลนงานหนึ่งที่อยู่ในระยะเตรียมทำในปี 2015
การออกกำลังกายระบุว่า ลดค่าใช้จ่ายด้านการรักษาพยาบาล เพิ่มอัตราการไปทำงาน และเพิ่มความอุทิศการทำงานของหญิง
แม้จะเป็นห่วงบ้างว่า อาจทำให้ประสบกับมลภาวะทางอากาศมากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อออกกำลังกายใกล้ทางเดินของรถ
เด็กจะเลียนแบบพฤติกรรมการออกกำลังกายของพ่อแม่
พ่อแม่จึงสามารถโปรโหมตให้เด็กออกกำลังกายและจำกัดเวลาที่ให้กับอุปกรณ์มีจอต่าง ๆ
เด็กน้ำหนักเกินที่ออกกำลังกายจะลดไขมันร่างกายและเพิ่มสมรรถภาพทางหัวใจร่วมหลอดเลือดได้ดีกว่า
ตามศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคสหรัฐ (CDC) เด็กและวัยรุ่นควรออกกำลังกาย 60 นาทีต่อวันหรือยิ่งกว่านั้น
การให้ออกกำลังกายในโรงเรียนและการสร้างสิ่งแวดล้อมเพื่อให้มีพฤติกรรมที่ทำให้สุขภาพดีเป็นเรื่องจำเป็น
หน่วยการศึกษาและวัฒนธรรม (DG EAC) ของคณะกรรมาธิการยุโรป มีโปรแกรมและงบประมาณอุทิศให้โปรโหมตการออกกำลังกายเพื่อเสริมสุขภาพ (HEPA)
โดยเป็นส่วนของโปรแกรม Horizon 2020 และ Erasmus+ เพราะงานวิจัยแสดงว่าคนยุโรปออกกำลังกายไม่พอ
มีการให้เงินทุนเพื่อเพิ่มการร่วมมือประสานงานกันระหว่างผู้ทำการในเรื่องนี้ทั้งทั่วสหภาพยุโรปและทั่วโลก 
DG EAC ยังตีพิมพ์การสำรวจเรื่องกีฬาและการออกกำลังกายเป็นระยะ ๆ

แนวโน้มการออกกำลังกาย

โลกมีแนวโน้มในการเปลี่ยนไปทำงานที่ต้องออกแรงน้อยกว่า
ประกอบกับการขนส่งที่อาศัยเครื่องยนต์ การใช้สิ่งอำนวยความสะดวกประหยัดแรงงานในบ้าน และการมีกิจกรรมพักผ่อนหย่อนใจที่ลดลง
แต่การเปลี่ยนพฤติกรรม/วิถีชีวิตก็สามารถแก้ปัญหาเช่นนี้ได้
งานวิจัยปี 2015 ชี้ว่า การประกอบใช้สติกับการออกกำลังกายช่วยเพิ่มให้ติดตามออกกำลังกาย เพิ่มความมั่นใจว่าจะทำได้สำเร็จ และยังมีผลดีต่อทั้งทางกายและทางใจ

ความแตกต่างทางสังคมและวัฒนธรรม

การออกกำลังกายแตกต่างกันในทุกประเทศ และแรงจูงใจให้ทำก็ต่างกันด้วย
ในบางประเทศ การออกกำลังกายมักทำกลางแจ้ง แต่ในบางประเทศก็เป็นการออกกำลังกายในร่ม
อาจทำเพื่อความสนุก/ความสุขส่วนตัว สุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดี เพื่อสังสรรค์ทางสังคม เพื่อแข่งขันหรือเพื่อฝึกเป็นต้น
ความแตกต่างเช่นนี้อาจเป็นเพราะเขตภูมิภาค ความนิยมของสังคม เป็นต้น
ในประเทศโคลอมเบีย ประชาชนให้ความสำคัญและสรรเสริญสิ่งแวดล้อมในประเทศ
ในกรณีหลาย ๆ กรณี อาจมีกิจกรรมการแจ้งเพื่อสังสรรค์และมีความสุขกับธรรมชาติและชุมชนของตน
กรุงโบโกตาปิดถนนยาว 113 กม. ทุก ๆ วันอาทิตย์เพื่อให้นักปั่นจักรยาน นักวิ่ง นักโรลเลอร์เบลด นักสเกตบอร์ด และอื่น ๆ ได้ออกกำลังและเพลิดเพลินกับสิ่งแวดล้อม
คล้ายกับโคลอมเบีย คนกัมพูชาก็มักออกกำลังกายกลางแจ้งเพราะเหตุทางสังคมเช่นกัน 
ในประเทศ ยิมสาธารณะได้กลายเป็นสถานที่ที่นิยมมาก
คนกัมพูชาจะชุมนุมที่ยิมกลางแจ้งเช่นนี้ไม่ใช่เพื่อถือโอกาสใช้สถานที่ที่เป็นสาธารณะเท่านั้น แต่เพื่อจัดการเล่นแอโรบิกและการเต้นรำ ซึ่งเปิดให้สาธารณชนเข้าร่วมได้
ประเทศสวีเดนได้เริ่มพัฒนายิมกลางแจ้งที่เรียกว่า utegym
ซึ่งฟรีต่อสาธารณชนและบ่อยครั้งอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่งดงามประกอบด้วยทัศนียภาพ
ประชาชนสามารถว่ายน้ำในแม่น้ำ ล่องเรือ วิ่งผ่านป่าเพื่อดำรงสุขภาพที่ดีและเพลิดเพลินกับธรรมชาติรอบ ๆ ตัว
ซึ่งเป็นไปได้เป็นพิเศษในประเทศก็เพราะเขตภูมิภาค
การออกกำลังในประเทศจีน โดยเฉพาะในชุมชนผู้สูงอายุ มักจะมีรากฐานทางสังคม
ตอนเช้า สวนสาธารณะจะจัดการเต้นรำ
ซึ่งอาจรวมแบบละติน แบบบอลล์รูม แทงโก้ หรือแม้แต่จิตเตอร์บัก
การเต้นรำในที่สาธารณะทำให้สามารถมีกิจกรรมร่วมกับบุคคลที่ปกติไม่มีกิจร่วมกัน ทำให้ได้ประโยชน์ทั้งทางสุขภาพและทางสังคม
ความแตกต่างทางสังคม วัฒนธรรม และเขตภูมิภาค เป็นเหตุให้ผู้คนมีแรงจูงใจและวิธีการออกกำลังกายที่ต่างกัน
การออกกำลังกายสามารถปรับปรุงสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดี, ช่วยเพิ่มความผูกพันของชุมชน และการเห็นคุณค่าของธรรมชาติ

อาหารและการฟื้นตัว

การได้อาหารที่สมควรเป็นเรื่องสำคัญต่อสุขภาพเท่า ๆ กับการออกกำลังกาย
เมื่อออกกำลังกาย ก็ยิ่งสำคัญที่จะทานอาหารที่ดีเพื่อให้ร่างกายได้อัตราส่วนสารอาหารหลัก ๆ ที่ถูกต้องโดยได้สารอาหารรองอย่างพอเพียงอีกด้วย เพื่อช่วยให้ร่างกายฟื้นสภาพจากการออกกำลังกายอย่างหนัก
แนะนำให้ทำกิจกรรมเพื่อฟื้นสภาพหลังออกกำลังกาย (เช่นวาร์มดาวน์ ดื่มเครื่องดื่มที่เป็นคาร์โบไฮเดรต-อิเล็กโทรไลต์) เพราะช่วยกำจัดกรดแล็กติกออกจากเลือดได้เร็วกว่าเมื่อไม่ทำอะไร
ช่วยให้ค่อย ๆ ลดอุณหภูมิร่างกาย เป็นประโยชน์ต่อระบบภูมิคุ้มกันเพราะบุคคลอาจเสี่ยงเจ็บป่วยเล็ก ๆ น้อย ๆ ถ้าอุณหภูมิร่างกายลดเร็วเกินไปหลังออกกำลังกาย

ประวัติชาวตะวันตก

ประโยชน์ของการออกกำลังกายรู้กันมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว
ในปี 65 ก่อนคริสต์ศักราช นักการเมืองและทนายชาวโรมันคือ ซิเซโร ได้กล่าวไว้ว่า "เป็นการออกกำลังกายที่ช่วยค้ำจุนจิตใจ รักษาใจให้กระปี้กระเป่า"
ในช่วงต้นสมัยกลาง กลุ่มชนเจอร์แมนิกในยุโรปเหนือได้ให้ความสำคัญในฐานะช่วยให้รอดชีวิตได้
ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 19 การออกกำลังก็ถือว่ามีประโยชน์
หลังปี 1860 มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ดได้ตั้งโรงยิมและสร้างโปรแกรมฝึกนายทหาร 12 คน
ซึ่งภายหลังนำมาใช้ฝึกทหารบกอังกฤษ
มีขบวนการออกกำลังกายซึ่งมีสมาชิกเป็นจำนวนมากเมื่อต้นคริสต์ทศตวรรษที่ 20
ขบวนการแรกและสำคัญสุดในสหราชอาณาจักรก็คือ Women's League of Health and Beauty (ตั้งโดย Mary Bagot Stack) ซึ่งมีสมาชิกถึง 166,000 คนในปี 1937
ต่อมาทีมนักวิชาการที่นำโดยนักวิทยาการระบาดชาวสก็อตคือ นพ. เจอร์รี่ มอร์ริส ได้พบหลักฐานความสัมพันธ์ระหว่างสุขภาพกายกับการออกกำลังกายในปี 1949 เพิ่มขึ้นแล้วจึงตีพิมพ์รายงานในปี 1953
คือหมอได้สังเกตว่า ชายในชนชั้นทางสังคมและอาชีพคล้าย ๆ กัน (เช่น กระเป๋าเก็บเงินรถโดยสารประจำทาง และคนขับ) กลับมีอัตรากล้ามเนื้อหัวใจตายเหตุขาดเลือดต่าง ๆ กันที่ขึ้นอยู่กับการออกกำลังกาย
เพราะการขับรถเป็นอาชีพที่นั่งอยู่กับที่ จึงมีอัตราการเกิดโรคหัวใจที่สูงกว่า ส่วนกระเป๋าเก็บเงินต้องเคลื่อนตัวอยู่ตลอด จึงมีอัตราการเกิดโรคหัวใจน้อยกว่า

ในสัตว์อื่น ๆ

งานศึกษาในสัตว์ชี้ว่า การออกกำลังกายอาจปรับได้มากกว่าการเปลี่ยนอาหารเพื่อรักษาดุลการใช้พลังงาน
ลูกหนูที่มีล้อวิ่งจะออกกำลังกายเองแล้วเพิ่มแนวโน้มในการวิ่งเมื่อโตแล้ว
การเลือกผสมพันธุ์หนูพบว่า มีบทบาททางกรรมพันธุ์ที่สำคัญในระดับการออกกำลังกายเอง
โดยหนูพันธุ์ที่วิ่งมากมีสมรรถภาพการใช้ออกซิเจน (VO2 max) ที่ดีกว่า,
มีกำเนิดประสาทในฮิปโปแคมปัสที่ดีกว่า
และมีสัณฐานกล้ามเนื้อโครงร่างที่ดีกว่า
แต่ผลการออกกำลังกายดูเหมือนจะต่าง ๆ กันในสปีชีส์ที่ไม่ใช่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
เช่น การฝึกให้ปลาแซลมอนออกกำลังกายเพิ่มความอดทนได้เพียงแค่เล็กน้อย
แต่การบังคับลูกปลา Seriola lalandi (yellowtail amberjack) และ Oncorhynchus mykiss (rainbow trout) ให้ว่ายน้ำ ทำให้โตเร็วขึ้นและเปลี่ยนสัณฐานกล้ามเนื้อให้เหมาะกับการว่ายน้ำเป็นเวลานาน ๆจระเข้ จระเข้ตีนเป็ด และเป็ดจะมีสมรรถภาพการใช้ออกซิเจนได้ดีขึ้นหลังให้ฝึกออกกำลังกาย
งานศึกษากิ้งก่าโดยมากไม่พบผลฝึกให้คงทน
แม้จะมีงานหนึ่งรายงานว่าพบผล
ในกิ่งก่า การวิ่งเร็วไม่มีผลต่อสมรรถภาพการออกกำลังในระดับสูงสุด
และกล้ามเนื้อได้เกิดเสียหายหลังจากถูกบังคับให้วิ่งสายพานในช่วงหลายอาทิตย์