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要保证安全健身，科学健身是基础。所以，掌握身体锻炼的生物学基础就显得尤为重要。
为了说明身体锻炼达到增强体质、增进健康的机理，为了探索身体锻炼定性和定量的标准，也为了科学地进行身体锻炼，需要研究有关人体的科学，了解人体发展的过程和特点，探讨人体的生物属性，即作用于人体发展的各种生物运动形式，这包括进化、遗传变异、生长发育、生理生化以及对人体发展产生不良影响的因素——疾病。
进化过程发生在不同物种之间，如从猿到人的进化，也发生在人类的长期变化之中，如尾巴的消退、手功能的增长等。进化过程常以几万年、几十万年，甚至更长的时间为一个阶段，使人类出现某些性状上的缓慢变化。然而每一个人都是人类进化过程中不可缺少的一个点，每个人又无时无刻不受到进化规律的支配。
遗传过程发生在亲代与子代之间的衔接关系上。它受到进化规律的左右，但以一代人为周期，较进化过程变化得快。遗传过程的累积变异可能造成人种、民族在体质上的某些进化特征。
人体的生理生化过程是生命这个耗散结构与外界进行物质、能量、休息三方面交换的基本运动形式。它是保证生命体存在的生物过程。人体生理生化所进行的新陈代谢的个体特点，取决于先天遗传素质，也受后天环境的影响，同时人体生理生化过程也通过各种酶的变化对遗传物质产生影响。这一生物过程变化十分迅速，常以小时、分钟、秒、毫秒做计算单位。而且大多生理生化的变化呈可逆的形式。
介于遗传过程与生理生化过程之间的是个体的生长发育过程。这个过程以每个个体为周期，发展变化快于进化、遗传过程，但慢于生理生化过程。它不同于遗传过程之处在于它不发生在代与代的关系上，但是个体的生长发育过程又受到遗传程序的制约和控制。它也不同于生理生化过程，从不呈现新陈代谢的现象，也不可逆，但生长发育与生理生化之间存在着明显的依赖关系，生理生化水平较高者，可以得到较好的生长发育，同样生长发育水平较高者，也可得到较好的生理生化机能。身体锻炼的机理同时受到这四种生物过程的影响，也不同程度影响、改变、转化着这四个过程。从本质上讲，正是这四种过程都具有可塑性，身体锻炼才有存在的价值。正因为身体锻炼对这四种过程都具有改造功能，人们才十分重视身体锻炼在现实生活和长期进化（增强民族体质）的意义。除了上述四种过程外，还有一种不容忽视的人体生物过程，即一种非正常的生物过程——疾病。疾病的发生对个体来说可能具有偶然性，但对人类来说则是难免的，它限制了人类的生命自由，改变和恶化了人体的各种生物过程。疾病过程与身体锻炼过程是两种十分对立的过程。身体锻炼的一个重要目的就在于减少、抵御疾病，提高免疫能力、适应能力以及加速病后的康复。各种疾病可能发生在遗传、生长发育或生理生化等生物过程，造成不同生物结构层次的疾病。身体锻炼对各生物过程的加强可以有效地防治疾病。
不言而喻，身体锻炼对人类的进化过程起着积极有效的作用。身体锻炼不仅可以使人们有目的地医治直立姿势带来的种种身体缺欠，弥补生产劳动给身体造成的片面发展，补充现代生产方式和生活方式造成的运动不足，使那些处于“饥饿”状态的肌肉得到营养和活力，使人的机体能力得到扩展，而且身体锻炼可以用以人类进一步实现自己的进化，控制自己的进化和发展自己的进化。关于进化论的理论，有达尔文和拉马克两个学派，即“自然选择”和“用进废退”两种进化理论。身体锻炼与人类进化的关系在这两种理论中都可以得到合理的解释。
（一）对人类总体而言，身体锻炼是提供了一种“自然选择”的方式。它为人类身体的汰劣留良、发展进化、遗传变异提供了外部条件，使人类能逐代健康地繁衍下去。
（二）对每个发育着的个体而言，由于“用进废退”的原理，身体锻炼能使个体的运动器官及辅助运动器官、工作器官和其他器官得到相应的发展。如肌肉体积、重量的增长、骨骼的增长、皮肤的加厚等。器官的用进废退是生物进化过程中的一种保护性反应，它能使生物和人有效地适应外界环境。
人类的进化过程是靠世代之间的遗传过程来实现的。生命的一个显著的基本特征就是自我生殖和自我复制。因为只有具备这种能力，生命才能延续。人体自我生殖和自我复制的主要方式是细胞分裂。在细胞分裂过程中，细胞核中出现了一种遗传物质，叫染色体，人共有23对染色体，由脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）和蛋白质构成，DNA、RNA是联系亲代和子代之间的连接物质。而各种核酸必须和蛋白质紧紧配合在一起才能真正起到遗传物质基础的作用。从20世纪40年代到60年代，遗传学从细胞水平发展到了分子水平，证明了DNA长链上的一个片段，在片段上排列着遗传密码，通过翻译转录等一系列反应，把各种生物性状传给了后代。
在向后代遗传过程中，如果后代体内蛋白质在合成氨基酸时顺序同亲代基本上一致，就体现了遗传性。如果在翻译、转录的过程中，DNA在数目、顺序和排列方式上发生了变化，组成了各种新的蛋白质，形成了人体形态、生理、生活、行为上的许多新的特点，就体现出了变异性。人体的变异有两种，即环境变异和遗传变异（突变）。变异是大量存在的，变异的方向是不定的，只是由于变异的存在才为生物的自然选择提供了条件，为生物的进化提供了内因。身体锻炼可以适当地调节人体遗传的过程，身体锻炼对于人体来说，就是要合理地运用环境变异和遗传变异的规律，既要在后天加强锻炼，使人在后天环境的影响下实现一些新的良好的环境变异，以增强体质、增进健康。同时也要注重父母一代的身体锻炼，提高父母的健康水平，以求将最好的遗传品质传给下一代。
人体遗传学大量地研究了各种遗传性状受遗传、环境影响的比例。实验证明，人在形态结构、生理机能和运动能力等方面都受到遗传和环境影响，但影响的比例各不相同。其中形态特征所受的影响大于机能的特征，如身高、坐高、四肢比例、脏器大小等在后天环境中都不易改变，而脉搏、血压、肺活量、血糖含量、心输出量则受后天环境的影响较大，有的性状在某些年龄阶段变化幅度还相当大。这就为通过身体锻炼增强体质提供了可能性。要提高和改善民族的素质，就要经过几代、十几代、乃至几十代人共同的努力，这种努力包括坚持不懈进行身体锻炼。提高中华民族的体质水平，是一项长期而艰巨的战略任务。目前我国人口的身体素质状况与一些发达国家相比还有较大差距，还必须经过多学科的广泛合作，如卫生学、营养学、遗传学、体育科学等，并特别要使身体锻炼科学在其中起到积极而有效的作用。
人体是由物质组成的，包括现今世界上最发达最精密能产生思维活动的物质——人的大脑都是由物质组成的。组成人体的化学元素共有62种，其中十几种是宏量元素，如碳、氢、氧、氮、硫、磷等。人体中目前已经发现了近50种微量元素，其总和还不到人体重量的0．2％。无论宏量元素还是微量元素在人体内必须保持最适量的营养浓度，缺少时人就会丧失健康，乃至不能成活；过量时就会中毒，可能造成死亡。
各种化学元素又组成了研究人体的各种层次，如大分子、细胞、器官、系统和整体。在每一个研究层次上，确保有效物质的准确构成是衡量身体发展和体质水平的重要标志。在任何层次上有害物质的侵入或有效物质的不足或过量都会使体质水平下降，甚至发生严重的病变。那么体内物质的准确构成是如何实现的呢？要靠人体的新陈代谢，不断从周围环境中的空气、水和营养物质中摄取，又不断地向周围环境排除多余的废物，以保持体内的动态平衡和体外环境的动态平衡。
人作为一个有机体，要对周围环境做出各种应答，同时要做出各种反应动作，作为一个社会人，人还要有许多有目的有意识的主动行为，这些都需要不断地消耗大量的肌肉能量和神经能量，人在完成各种机械运动时，还要消耗热能、声能等，这些能量的摄取也是人体在进行物质代谢过程中同时实现的。
除此以外，人体还要与周围世界进行信息交换。只有不断地交换信息，才能保持有机体的有序性，维持生命的价值。这种信息的交换也是通过人体的感觉器官、神经中枢、肌肉的生理生化功能来实现的。
总之，人体这个耗散结构在物质、能量和信息三方面与外界的交换，是有赖于人体的新陈代谢，即靠同化异化运动来实现的。
那么，人体内的新陈代谢运动具有哪些特点呢？
（一）人的有机体及其各器官和机能系统对一定的负荷剌激具有适应能力。当有机体受到一些异乎寻常的刺激，诸如创伤、剧痛、冷冻、缺氧、中毒、感染强烈的情绪激动时，能引起一种紧张状态，叫应激。应激总是伴有一系列的神经和体液的变化，包括交感神经兴奋、肾上腺激素分泌增加，膜岛高糖素和生长素升高，胰岛素分泌减少。如果人体经常受到这类刺激，应激的水平就会提高，人的适应能力加强，体内的能量和物质的储备增加，并处在一种容易动员的状态中。如果这些刺激是良性的，那么这种应激水平的提高是有利于健康的。身体锻炼就是运用了这个原理来增进健康的。
（二）有机体在新陈代谢过程中可以出现能量和有效物质的超量恢复。人的机体对负荷刺激的适应过程分为三个阶段，即负荷、恢复和超量恢复。在负荷时，细胞结构、酶的含量会发生变化，能量化合物被消耗，物质代谢的中间产物和最终产物被堆积起来，这些都会阻碍人的机体能力的提高，形成疲劳。这就是异化过程。而进入恢复和超量恢复阶段，人体的内环境逐渐正常化，沉积物被排除出去，能量储备得到补充，并超过原来水平，细胞和纤维增生，中枢神经的疲劳得到消除，精神上得到恢复。这就是同化过程。同化过程的超量恢复是身体锻炼产生价值的基本原理。
个体的生长发育发展过程同时受到遗传过程的制约，人在发育过程中，在形态结构、生理机能、运动能力、个性心理特点，甚至寿命等各方面都受到遗传的影响，这种影响是靠遗传程序来制约的。这种程序常为个体的生长发育发展确定了一个大致的方向和水平。但这种程序不是一成不变的，后天环境可以使这种程序发生一定程度的改变。身体锻炼就是调节、控制这一改变的基本手段，通过这一调节和控制可以影响人体发育的快慢、体质的强弱和寿命的长短。个体的生长发育发展过程不同于遗传的过程，它是发生在个体身上，而不是发生在世代的衔接上的。每一个生长发育过程都是人类生命史上的一个周期，而每一个周期都为遗传变异做了累积性的变化，因而促进了人类的进化过程。人的生长发育发展过程具有以下的特点。
不同种族、地区、性别、时代的人，在身高、体重及各个部分的长度、围径、宽度的年增率、年增长值等方面，都随年龄增加而变化，变化曲线呈波浪形，并有明显的阶段性。
人体是统一完整的有机体，因而人体各部分的生长发育有相应的比例，但各部分在同一时期及整个发育过程中，并不按等比例生长发育。
同一种族、同一地区的人在形态机能、运动能力、生长发育速度、寿命长短等方面具有比较相近的共同规律。人体的生长发育发展的规律对指导身体锻炼具有重要意义。它为身体锻炼的经常性、全面性和个体差异性提供了科学根据。它不仅说明了青少年儿童锻炼身体的必要性和可能性，也说明了中老年人坚持不懈地进行身体锻炼的意义和作用。
人体的生命活动过程，机体与外界环境，体内各系统器官间的活动既对立又统一，不断地维持动态平衡，即中医所说的“阴平阳和”、“阴阳调和”。然而，在一定的致病因素作用下，人体与外环境的平衡被破坏，机体的抗损害（如防御屏障、应激反应及代偿适应能力等）与损害之间对立统一的破坏，均可导致“阴阳失调”、“阴阳偏盛或偏衰”，促使机体出现各系统、器官、组织、细胞，乃至分子发生结构、功能和代谢的病理变化，表现出相应的症状和体征，进而影响健康和劳动能力，这就称疾病。
疾病的发展过程是损伤和抗损伤这一对矛盾的斗争过程。致病因子作用于机体后，一方面引起机能、代谢和形态结构上的各种病理性改变，同时也引起机体对抗各种损伤的反应。疾病过程中损伤与抗损伤的对比关系决定着疾病的发展方向。如果损伤占优势，则病情恶化，甚至导致死亡。反之，如果抗损伤反应占优势，则疾病就向有利于机体恢复正常功能的方向发展，直至痊愈。