Desetljećima znanstvenici promiču pozitivan odnos između vježbanja i raspoloženja. Čini se da tjelovježba utječe na raspoloženje na nekoliko načina, uglavnom oslobađanjem kemikalija, zvanih neurotransmiteri, koje ublažavaju bol i podižu raspoloženje. Tjelesna aktivnost pozitivno utječe na razine četiri ključne kemikalije u mozgu koje utječu na raspoloženje: epinefrina, serotonina, dopamina i endorfina. Nadalje, vježba stimulira oslobađanje neurotrofnog faktora iz mozga (BDNF) u hipokampusnoj regiji mozga, koji potiče stvaranje novih neurona i popravak oštećenih neurona. Budući da studije pokazuju da hipokampus u depresivnih osoba može biti 15 posto manji od normalnog, ubrzana neurogeneza putem BDNF-a potaknutog vježbanjem može pomoći u liječenju kliničke depresije.
Epinefrin je kemijski glasnik odgovoran za tjelesnu reakciju “bori se ili bježi” na opasnost ili stres. Ova se kemikalija iscrpljuje u uvjetima kroničnog stresa, tjeskobe i gladovanja, često izazivajući iscrpljenost, mentalni umor i depresiju. Iako intenzivna tjelovježba potiče oslobađanje epinefrina, redovita, umjerena tjelovježba s naizmjeničnim svjetlom i intenzivnom razinom napora snižava razinu cirkulirajućeg epinefrina. To olakšava bolju funkciju parasimpatičkog živčanog sustava, koji posreduje u probavi, spavanju, imunološkom odgovoru i popravljanju tjelesnih tkiva. Također smanjuje broj otkucaja srca, krvni tlak, tjelesnu temperaturu i razinu kortizola, a sve to ima psihički umirujući i energizirajući učinak, objašnjavajući dio veze između vježbanja i raspoloženja.
Serotonin je glavni neurotransmiter odgovoran za osjećaj blagostanja i zadovoljstva. Studije su pokazale da depresivne osobe imaju smanjenu razinu serotonina u mozgu, a mnogi antidepresivi djeluju tako što podižu razinu serotonina. Niska razina serotonina dovodi do razdražljivosti, umora i neraspoloženja. Osim što potiče neurogenezu, BDNF pojačava proizvodnju serotonina i signalizaciju, što zauzvrat povećava oslobađanje BDNF-a. Ovaj sinergijski ciklus može biti kritična komponenta značajne povezanosti između vježbanja i poboljšanja raspoloženja.
Dopamin pomaže tijelu u regulaciji ciklusa buđenja i spavanja. Neravnoteža dopamina remeti zdrave obrasce spavanja, stvarajući umor. Jet lag je čest rezultat neravnoteže dopamina povezane s putovanjem kroz vremenske zone, lošom prehranom ili gladovanjem, stresom ili tjeskobom. U mozgu razina dopamina fluktuira sinkronizirano s razinom serotonina. Budući da tjelovježba podiže razinu serotonina, povećava se i razina dopamina, posebno kao odgovor na umjereni intenzitet, dugotrajnu tjelovježbu, što dodatno ilustrira vezu između vježbanja i raspoloženja.
Endorfini, prirodni opijatni lijekovi protiv bolova u tijelu, smanjuju fizičku i psihičku bol i stvaraju oblik euforije. Ove kemikalije, koje oslobađa hipofiza kao odgovor na bol ili stres povezan s tjelovježbom, stupaju u interakciju s istim receptorima kao heroin ili morfij, smanjujući bol i stvarajući prirodni porast. Istraživanja pokazuju da se endorfini izlijevaju u mozak unutar 30 minuta od početka tjelesne aktivnosti, a taj se priljev povećava s učestalošću vježbanja. Iako endorfini mogu imati učinak ovisnosti, slično kao nikotin ili morfij, 30-minutna odgoda u zadovoljenju koja je neophodna kako bi se postigla visoka smanjuje svojstva ovisnosti o tjelovježbi. Prema nekoliko istraživanja, samo 15 posto Amerikanaca redovito se bavi umjerenom tjelesnom aktivnošću i doživljava euforične učinke vježbanja i poboljšanja raspoloženja endorfina.
Iako bilo koja vrsta vježbe poboljšava raspoloženje, vrsta vježbe u koju se osoba bavi čini značajnu razliku u učinku koji ima na kemikalije u mozgu. Vrlo intenzivne aktivnosti, kao što su sprint, dizanje utega i intervalni trening, povećavaju razinu epinefrina. S druge strane, vožnja bicikla, trčanje na duge staze, plivanje i druge aktivnosti koje zahtijevaju umjereni napor tijekom duljeg vremenskog razdoblja proizvode veću dividendu u kemikalijama mozga koje poboljšavaju raspoloženje. Putevi koji se ponavljaju u mozgu postaju jači svaki put kada se koriste, čineći neurokemijski odgovor na vježbanje i odgovarajuće podizanje raspoloženja dubljim tijekom vremena.