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新陈代谢是生命活动的最基本特征，包括合成代谢和分解代谢两个相互联系的过程。机体摄取营养物质转化为自身物质同时吸收能量的过程称为合成代谢；机体将自身的物质分解的同时释放能量的过程称为分解代谢。分解代谢所释放的能量可转换成热能、电能、运动等维持人体正常的生命活动所需要的一切能量。物质代谢必然伴随能量转移，这种能量转移称为能量代谢。因此，新陈代谢是物质代谢和能量代谢的总和。
人体所需的主要营养物质有糖类、脂肪、蛋白质、水、无机盐和维生素。其中糖类、脂肪、蛋白质三种营养物质在分解代谢过程中所产生的能量成为机体各种生命活动及运动的能量来源。因此，糖类、脂肪、蛋白质被称为三大能源物质。三大能源物质在一定条件下均可相互转化。
运动时糖在体内代谢产能的途径主要有两种：在机体氧气供应不足以满足运动耗氧时进行无氧酵解 （glycolysis）；在氧气供应足以满足运动耗氧时进行有氧氧化 （aerobico xidation）。
图2-1 糖有氧氧化代谢图
糖酵解的反应过程是葡萄糖→丙酮酸→乳酸，该反应是机体在进行剧烈运动，体内供氧不足时，糖在无氧的情况下生成2分子ATP，最终产生乳酸的一种代谢方式。
有氧氧化反应的过程分为三个阶段：第一阶段糖分解为丙酮酸；第二阶段丙酮酸氧化生成乙酰辅酶A；第三阶段乙酰辅酶A经过三羧酸循环最终生成二氧化碳和水。该过程每个葡萄糖完全氧化一共生成38分子ATP，为糖酵解产能的19倍。糖的有氧氧化是机体在长时间运动中主要的供能方式 （图2-1）。
糖是运动时的主要供能物质，长时间运动后血糖水平下降，运动水平随之下降，疲劳即开始出现。为了保证运动中有充足的糖供机体消耗，建议在运动前和运动中补糖，以利于长时间运动中保持血糖水平，预防低血糖的发生。运动前3～4小时补糖可以增加运动开始时肌糖原的贮量；运动前5分钟内补糖可以升高血糖水平；或运动前3天或更早的时间补充高糖膳食，以提高肝糖原贮备。糖的补充以低聚糖为宜：其中肌糖原的补充，淀粉、蔗糖效果好于果糖；肝糖原的补充，果糖效果好于蔗糖、葡萄糖。应注意，在运动前1小时左右不要补糖，以免引起胰岛素效应，降低血糖，降低运动能力。
正常人脂肪的贮存量占体重的10%～20%。一般认为，最适宜的体脂含量男性为体重的6%～14%，女性为体重的10%～14%。体脂在体内的积聚是由于摄入食量高于人体所需，过多的能量在体内转化为脂肪，而且机体储存脂肪的能力几乎没有限度，所以，当体内脂肪储存过多时，应及时减少脂肪量。运动可以增加机体的能量消耗，促进脂肪的分解氧化，降低运动后脂肪酸进入脂肪组织的速度，抑制脂肪合成。但单纯的运动减脂效果并不理想，在运动加大、能量消耗的同时，还需减少能量的摄入，因此，科学减脂的方式为 “运动+节食”。
减脂的运动原则上提倡采用周期性、长时间、低强度、大肌肉群参与的有氧运动。具体运动方式需根据肥胖程度和个体体质进行选择，如步行、跑步、游泳、骑自行车等。至于减脂量，一般认为每周减轻体重0.45kg为宜，每周减轻体重0.9kg为可以接受的上限，相当于每日净消耗500～1000kcal。
机体新陈代谢包括物质代谢和能量代谢两个紧密联系的过程。能量代谢所产生的能量供给机体运动时的消耗。测定运动能量代谢可以了解运动者的能量消耗及强度，为改善运动条件提高科学的依据。
某食物在体内每消耗1L氧所产生的热量，称为该食物的氧热价。每1g食物被完全氧化时所产生的热量，称为该食物的食物热价。不同的食物氧热价不一样，糖的氧热价为5.050kcal，脂肪的氧热价为4.686kcal，蛋白质的氧热价为4.081kcal。因此，如果某食物糖含量多，氧热价就高；若脂肪含量多，氧热价就低。不同食物的食物热价也不相同，糖的食物热价为4.1kcal，脂肪的食物热价为9.45kcal，蛋白质在体内的食物热价为4.35kcal。
由于各种食物中，碳、氢、氧三种元素的含量不同，以致各种食物被氧化时所消耗的氧气和产生的二氧化碳不相等，我们将各种物质在体内氧化时所产生的二氧化碳和所消耗的氧气容积之比称为呼吸商 （respiratory quotient，RQ）。不同食物的呼吸商不一样。
糖被氧化时消耗的氧与产生的二氧化碳分子数相等，呼吸商为1；脂肪氧化时消耗氧气较多，呼吸商为0.71；蛋白质在体内不能完全被氧化，呼吸商约为0.80；人类摄取的食物通常为混合食物，呼吸商在0.85左右。我们可以通过呼吸商的大小来推测机体消耗的食物比例和种类。机体在运动时主要以糖和脂肪作为供能物质，因此，在计算能量消耗时我们只需考虑非蛋白质食物的呼吸商和氧热价。
根据以上生物学能量消耗的原理，在已知某运动体呼吸商的情况下，我们就可以计算出该机体的能量消耗。
首先，我们将运动者运动时和运动恢复期所消耗的氧气和产生的二氧化碳气体的体积测出来，然后计算出RQ，再查表推测出所消耗的食物氧热价，然后用该氧热价乘以消耗的氧气体积就可得到运动时消耗的热量。
例如：某人5分钟运动，消耗氧气1500mL，排出二氧化碳1275mL。
则：呼吸商=1275/1500=0.85
通过查表可得：呼吸商为0.85时，食物热价=4.862kcal
5分钟运动消耗热量为：4.862×1.5=7.29kcal
因此，此人5分钟运动总的能量消耗为7.29kcal。
根据每日食物中摄取蛋白质的含氮量与排泄物中的含氮量的比较，可以了解蛋白质代谢的情况。正常成年人氮的收支保持平衡状态称为氮平衡 （nitrogenbalance）。少儿、孕妇、病后恢复阶段及运动训练过程中，蛋白质摄入多于排出，称为氮的正平衡；营养不良、患消耗性疾病、饥饿、衰老和大运动量训练时，机体蛋白质的消耗大于摄入，称为氮的负平衡。
成年人蛋白质最少需要量为每日30～45g或每公斤体重0.8g；生长发育期的青少年蛋白质日需量为每公斤体重2.5～3g。长期从事体力劳动或力量型运动的人群日需量为每公斤体重1.2 ～2g；长期进行耐力型运动的人群日需量应达到每公斤体重1.5～1.8g。
由于调节体温、运动强度及持续时间等因素的不同，机体会产生不同程度的水分丢失，我们将丢失体液达体重1%以上称为脱水。机体失水量达体重的2%左右时，出现口渴、尿少、尿钾丢失等症状，为轻度脱水；机体失水量达体重4%左右时，出现心率加快、体温升高、严重口渴、疲劳、血压下降等症状，为中度脱水；机体失水量达体重的6%～10%时，可出现呼吸加快、肌肉抽搐，甚至昏迷威胁生命安全。脱水会影响体温调节能力、循环机能及运动能力。
为改善和缓解机体脱水状况所采用的补水方法称为复水。补充运动性脱水，应以不足丢失的水分、保持机体水平衡为原则，在运动前和运动中均可复水。复水所采用的溶液中应含有一定比例的糖类、无机盐，但浓度低，以低渗溶液为宜，复水方式以少量多次为佳。一般来讲，补液中糖的浓度不能超过25g/L，无机盐的浓度不应超过20g/L。每10～15分钟饮用150～250mL温度6～12℃的低渗溶液。若要进行长时间耐力运动，在运动前可强制性大量饮水，因为在口渴之前强制性饮水可减少或减轻脱水的产生。
无机盐在体内主要充当着电解质的角色，提供膜电位变化所需的离子。汗液中的主要无机盐为Na + 和Cl - ，长时间运动大量出汗会导致无机盐大量的丢失。
一般来讲，日常膳食足以提供运动所需的无机盐。由于汗液中无机盐的浓度低于体液中的浓度，一般运动中不需补充无机盐。但若进行超长时间或距离的运动，则有必要在运动中适当补充无机盐，因为，单纯摄入水分会稀释体液中的Na + ，引起低钠血症，即 “水中毒”。