Jau vairākus gadu desmitus zinātnieki ir minējuši pozitīvo saistību starp fizisko slodzi un garastāvokli. Šķiet, ka vingrinājumi ietekmē garastāvokli vairākos veidos, galvenokārt izdalot ķīmiskas vielas, ko sauc par neirotransmiteriem, kas mazina sāpes un paaugstina garastāvokli. Fiziskā aktivitāte pozitīvi ietekmē četru galveno smadzeņu ķīmisko vielu līmeni, kas ietekmē garastāvokli: epinefrīnu, serotonīnu, dopamīnu un endorfīnus. Turklāt vingrinājumi stimulē no smadzenēm iegūta neirotrofiskā faktora (BDNF) izdalīšanos smadzeņu hipokampa reģionā, kas stimulē jaunu neironu veidošanos un bojāto neironu atjaunošanos. Tā kā pētījumi liecina, ka depresīviem cilvēkiem hipokamps var būt par 15 procentiem mazāks nekā parasti, paātrināta neiroģenēze, izmantojot slodzes izraisītu BDNF, var palīdzēt ārstēt klīnisko depresiju.
Epinefrīns ir ķīmiskais vēstnesis, kas atbild par ķermeņa reakciju uz briesmām vai stresu. Šī ķīmiskā viela tiek izsmelta hroniska stresa, trauksmes un bada apstākļos, bieži izraisot spēku izsīkumu, garīgu nogurumu un depresiju. Lai gan intensīva slodze stimulē epinefrīna izdalīšanos, regulāra, mērena slodze ar mainīgu gaismas un intensīvas slodzes līmeni pazemina cirkulējošā epinefrīna līmeni. Tas atvieglo parasimpātiskās nervu sistēmas labāku darbību, kas veicina gremošanu, miegu, imūnreakciju un ķermeņa audu atjaunošanos. Tas arī samazina sirdsdarbības ātrumu, asinsspiedienu, ķermeņa temperatūru un kortizola līmeni, kam visam ir psiholoģiski nomierinoša un enerģiska iedarbība, izskaidrojot daļu no saiknes starp vingrinājumiem un garastāvokli.
Serotonīns ir galvenais neirotransmiters, kas ir atbildīgs par labsajūtu un apmierinātību. Pētījumi liecina, ka cilvēkiem ar depresiju ir pazemināts serotonīna līmenis smadzenēs, un daudzi antidepresanti iedarbojas, paaugstinot serotonīna līmeni. Zems serotonīna līmenis izraisa aizkaitināmību, nogurumu un garastāvokli. Papildus neiroģenēzes stimulēšanai BDNF palielina serotonīna ražošanu un signālu pārraidi, kas savukārt palielina BDNF izdalīšanos. Šis sinerģiskais cikls var būt būtiska sastāvdaļa nozīmīgai saistībai starp vingrinājumiem un garastāvokļa uzlabošanos.
Dopamīns palīdz organismam regulēt nomoda un miega ciklus. Dopamīna nelīdzsvarotība izjauc mierīgu miegu, radot nogurumu. Jet lag ir bieži sastopams dopamīna nelīdzsvarotības rezultāts, kas saistīts ar ceļošanu pa laika zonām, sliktu uzturu vai badu, stresu vai trauksmi. Smadzenēs dopamīna līmenis svārstās sinhroni ar serotonīna līmeni. Tā kā vingrinājumi paaugstina serotonīna līmeni, palielinās arī dopamīna līmenis, īpaši reaģējot uz mērenas intensitātes, ilgstošas slodzes, kas vēl vairāk ilustrē saistību starp fizisko slodzi un garastāvokli.
Endorfīni, organisma dabiskie opiātu pretsāpju līdzekļi, samazina fiziskās un garīgās sāpes un rada eiforijas veidu. Šīs ķīmiskās vielas, ko izdala hipofīze, reaģējot uz sāpēm vai stresu, kas saistīts ar vingrinājumiem, mijiedarbojas ar tiem pašiem receptoriem kā heroīns vai morfīns, mazinot sāpes un radot dabisku maksimumu. Pētījumi liecina, ka endorfīni izplūst smadzenēs 30 minūšu laikā pēc fiziskās aktivitātes uzsākšanas, un šis pieplūdums palielinās līdz ar fiziskās aktivitātes biežumu. Lai gan endorfīniem var būt atkarību izraisoša iedarbība, līdzīgi kā nikotīnam vai morfīnam, 30 minūšu apmierinājuma kavēšanās, kas nepieciešama, lai sasniegtu augstu līmeni, samazina vingrošanas atkarību izraisošās īpašības. Saskaņā ar vairākām aptaujām tikai 15 procenti amerikāņu regulāri nodarbojas ar mērenām fiziskām aktivitātēm un piedzīvo vingrojumu eiforisko ietekmi un endorfīnu radīto garastāvokļa uzlabošanos.
Lai gan jebkura veida vingrinājumi uzlabo garastāvokli, fiziskās aktivitātes veids, kurā cilvēks iesaistās, būtiski ietekmē smadzeņu ķīmisko vielu ietekmi. Ļoti intensīvas aktivitātes, piemēram, sprints, svaru celšana un intervāla treniņi, palielina epinefrīna līmeni. No otras puses, riteņbraukšana, garu distanču skriešana, peldēšana un citas aktivitātes, kas prasa mērenu piepūli ilgākā laika periodā, rada lielāku peļņu garastāvokli uzlabojošo smadzeņu ķīmisko vielu jomā. Ceļi, kas tiek atkārtoti izmantoti smadzenēs, kļūst spēcīgāki katru reizi, kad tie tiek izmantoti, padarot neiroķīmisko reakciju uz vingrinājumu un atbilstošu garastāvokļa paaugstināšanos laika gaitā dziļāku.