L'exercice physique entraîne une modification du rythme et de l'amplitude de la ventilation pulmonaire qui est 6 litres environ au repos (10 à 12 mouvements x 0.5 litres du volume courant).

La demande en oxygène devient plus importante au niveau des cellules musculaires qui participent à l'effort. Au début de l'exercice, il y a augmentation de l'amplitude et de la fréquence des mouvements respiratoires. Cette élévation croit au fur et à mesure de l'augmentation d'intensité de l'exercice musculaire. Si cette intensité qui était pénible au début devient modérée, les rythmes respiratoires et circulatoires se stabilisent : il a équilibre entre la consommation et les apports d'O2. C'est un état stable, il correspond à la notion de second souffle ou l'effort paraît facile (ex : footing).

En revanche plus l'athlète soutient un effort intense, plus le débit augmente (le volume courant peut aller jusqu'à 3,5 litres et la fréquence augmenter jusqu'à 45 voire 70 mouvements/mn ce qui peut donner de 120 à 200litres d'O2 par minute). Au moment ou l'exercice atteint des limites pour lesquelles tout l'oxygène disponible au niveau musculaire est utilisé, on dit que l'athlète a atteint sa puissance maximale aérobie (PMA). La PMA s'exprime en Watts et indique la puissance de l'intensité d'effort correspondant aux possibilités maximales de l'athlète pour livrer de l'oxygène à ses muscles avec un fort débit (VO2 Max).

Les physiologistes disent que l'athlète a atteint son VO2 Max (débit maximum d'oxygène) entre 6mn et 7mn à la vitesse maximale aérobie ((VMA). La Vma s'exprime en km/h. Cette donnée est obligatoire pour réaliser des plans d'entraînement individualisés. Le VO2 max est une qualité déterminée par le patrimoine génétique, il est plus important chez les garçons que les filles. On peut développer le VO2 Max de 15 à 30 % surtout durant la période pubertaire et cela jusqu'à l'age de 25 ans. Cela s'évalue en millilitre d'oxygène par kilogramme de muscle et par minute (ml/mn/kg) en laboratoire ou sur le terrain. Chez le sportif de haut niveau on peut trouver des valeurs de 80 ml/mn/kg, alors que le sédentaire atteint difficilement 46 à 50 ml/mn/kg.

Malgré cet état critique pour l'athlète à VO2 Max, celui-ci peut augmenter encore son intensité (le sprint dans la ligne droite dans un 3000m) en faisant appel à ses processus anaérobies. Cela entraînera une lactatémie importante et créera une importante dette d'O2, qu'il devra payer durant sa récupération.
Bien sûr ce stade provoque l'essoufflement avec arrêt de l'exercice.

Au cours de la période de récupération, la demande énergétique est considérablement réduite puisque l'exercice est terminé. Par contre, la consommation d'oxygène (VO2) demeure relativement élevée pendant une période dont la durée dépend de l'intensité de l'exercice.