El sistema nerviós intervé en l’exercici físic activant diversos mecanismes que d’una o d’altra manera coordinen l’acció dels músculs esquelètics i de diversos teixits de l’organisme. Aquests mecanismes són molt complexos, per bé que, de manera esquemàtica, es pot considerar que hi incideixen a dos nivells. D’una banda, el sistema nerviós és el que regula el nivell de contracció, o d’acció en general, dels diferents grups musculars implicats en un determinat moviment o posició corporal, concretament mitjançant l’estimulació de les unitats motores. D’altra banda, el sistema nerviós també participa en l’activació i regulació dels molt diversos processos d’adaptació que tenen lloc durant l’exercici físic, en els aparells cardiovascular, respiratori, glàndules endocrines i altres teixits.
La pràctica regular d’exercicis físics produeix una sèrie de modificacions estructurals i funcionals en el sistema nerviós. Algunes de les variables que més s’han pogut constatar en aquest sentit són un increment de la quantitat i la velocitat a la qual es produeix l’alliberament dels neurotransmissors implicats en l’estimulació de les fibres musculars, un increment de la velocitat de conducció dels impulsos elèctrics que transcorren al llarg de les cèl·lules nervioses, i un augment de la grandària de certes regions d’aquestes cèl·lules.
Els beneficis derivats d’aquestes modificacions són diversos. En primer lloc, els subjectes entrenats físicament tenen una major velocitat, intensitat i coordinació en l’acció muscular, i llurs reflexos nerviosos són activats més ràpidament. Com a resultat de tot això, aquests individus tenen més força i potència musculars, un major equilibri corporal, i responen de manera més ràpida i adequada a la necessitat de realitzar un moviment, sia de manera voluntària o involuntària. En segon lloc, l’entrenament físic augmenta la resistència muscular, no solament a conseqüència d’una major adaptabilitat del sistema cardiorespiratori i de la capacitat dels músculs esquelètics en ells mateixos, sinó perquè incrementa la quantitat i la velocitat a la qual actuen les diverses hormones i neurotransmissors, com ara adrenalina o dopamina, que activen precisament aquestes adaptacions. En tercer lloc, hom ha constatat que la pràctica regular d’exercici físic desaccelera el procés d’envelliment d’algunes estructures del sistema nerviós central, concretament les neurones dopaminèrgiques nigroestriades i els receptors dopaminèrgics del cos estriat, els quals, d’una o altra manera, intervenen en la majoria dels mecanismes nerviosos de l’organisme.