Bieg wyzwala cały szereg różnych procesów biochemicznych w komórkach ciała. Nie kończą się one w momencie zatrzymania, przeciwnie- trwają jeszcze wiele godzin później, a ich systematyczne wzbudzanie powoduje sumowanie i potęgowanie efektu. Znajomym zjawiskiem dla każdego początkującego biegacza jest tzw. zadyszka. Słaba kondycja w połączeniu z nagłą wzmożoną aktywnością prowadzi do okresowej duszności, braku tchu, czasem ucisku w gardle. Uczucie to zazwyczaj szybko mija i jeśli nie jest spowodowane poważniejszą przyczyną jest niegroźne i może dotknąć każdego.

Przyśpieszony oddech ma na celu dostarczenie organizmowi więcej tlenu potrzebnego pracującym mięśniom. Serce zaczyna bić szybciej by pozyskany tlen rozprowadzić po wszystkich komórkach. Regularne ,,zmuszanie” serca do wzmożonej pracy powoduje jego rozrost, powiększa się szczególnie lewa komora.  Silniejszy mięsień w czasie jednego skurczu jest w stanie wyrzucić do tętnic większą objętość krwi.

Dzięki temu w czasie normalnej aktywności serce może bić wolniej, przerwy między skurczami są dłuższe, a mimo to do tkanek zostanie dostarczona odpowiednia ilość krwi z życiodajnym tlenem. Objawia się to zwolnionym tętnem i obniżonym ciśnieniem u osób biegających.

Zwiększone, regularne obciążenie mięśni treningiem powoduje lepsze ich unaczynienie tzw. kapilaryzację - powstawanie nowych połączeń naczyniowych. W ten sposób organizm zapewnia mięśniom lepszy i szybszy transport krwi z tlenem i składnikami odżywczymi. Przekłada się to nie tylko na wydajność mięśni w ich pracy, ale też na regenerację po wysiłku. Intensywny wysiłek nieprzygotowanych mięśni może doprowadzić do wystąpienia zespołu opóźnionej bolesności mięśni (DOMS – ang. delayed onset muscle soreness) potocznie zwanego ,,zakwasami”.

Wbrew popularnej teorii nie jest on wynikiem gromadzenia kwasu mlekowego w mięśniach, ponieważ jest on stosunkowo szybko usuwany z mięśnia i metabolizowany przez wątrobę. Ból pojawiający się po 24-72 godzinach od zakończenia treningu jest według najnowszych badań powodowany mikrourazami włókien mięśniowych. Uważa się, że szczególnie narażające na powstanie uszkodzeń jest zbieganie ze wzniesień. W trakcie takiego biegu pracujący, napięty mięsień ulega rozciągnięciu mającemu na celu wyhamowanie ruchu i ochronę stawów.  Aby zapobiec powstawaniu tego zjawiska należy dopasować intensywność treningu do poziomu wytrenowania mięśni, a każdy bieg poprzedzić odpowiednią rozgrzewką.
 
Komórki mięśni wytwarzają więcej mitochondriów-elementów odpowiedzialnych za produkowanie energii (tzw. minielektrownie naszego ciała). Im więcej mitochondriów posiada komórka tym więcej energii jest w stanie wyprodukować, a co za tym idzie zapewnić organizmowi więcej siły na pokonywanie obciążenia treningowego. Z czasem możemy biec dalej i szybciej. 

Zmiany te są trwałe, nie cofają się tuż po zakończeniu treningu, jeśli jest on odpowiednio regularny, a więc korzyści z tego zjawiska są odczuwalne również w trakcie normalnej, codziennej aktywności. Wytwarzanie energii wiąże się z podniesieniem temperatury ciała. To zaś zapoczątkowuje proces pocenia się- organizm w ten sposób pozbywa się nadmiaru ciepła, a wraz z potem wydalane są toksyny i zbędne produkty przemiany materii.

 Poza tym mitochondria czerpią materiał do wytwarzania energii ze składników odżywczych pozyskiwanych z pożywienia (głównie tłuszczy i węglowodanów). Utlenianie tłuszczów wymaga od mitochondriów więcej ,,pracy” i pomocy różnych enzymów. Regularne bieganie powoduje zwiększenie produkcji tych enzymów, ułatwia spalanie tłuszczu, a co za tym idzie umożliwia zmniejszanie zawartości tkanki tłuszczowej w organizmie.

Objawem tego jest utrata wagi ciała, a procesy przyczyniające się do tego usprawniają się w miarę kontynuowania aktywności fizycznej. W pierwszej kolejności organizm spala tkankę tłuszczową zlokalizowaną w obrębie jamy brzusznej i tą otaczającą narządy wewnętrzne. Jest to o tyle korzystne, że otłuszczenie w tym rejonie jest czynnikiem podnoszącym ryzyko wystąpienia chorób układu krążenia np. choroby wieńcowej.

Należy jednak pamiętać, że redukowanie tkanki tłuszczowej jest możliwe wtedy, gdy ilość zużywanej energii jest większa niż dostarczanej. Aby efekt utraty wagi był zauważalny konieczne jest utrzymywanie diety i przyjmowanie odpowiedniej ilości pokarmu.  Regularne bieganie podnosi zdolność mięśni i wątroby do magazynowania węglowodanów wykorzystywanych jako rezerwy energetyczne. Ich zapas pozwala na dłuższe wysiłki.

Regularne bieganie w połączeniu z odpowiednią dietą wzmacnia kości. Poddawane wstrząsom i obciążeniom, mając odpowiednią ilość składników mineralnych i witamin przyrastają na grubość i wzmacniają się. W związku z tym biegi są wskazane dla osób zagrożonych osteoporozą. Aby nie doprowadzić do złamania zmęczeniowego będącego wynikiem nadmiernego obciążenia i sumowania mikrourazów należy uważnie dobierać ilość i częstotliwość wysiłku i pamiętać o zróżnicowanej diecie bogatej w wapń oraz witaminę D.

Osoby biegające mają bardziej wydolny układ oddechowy. Pojemność płuc, objętość wydechowa, objętość dyfuzyjna i przepływ krwi przez szczytowe płaty płuc zwiększają się. Mięśnie oddechowe są wzmocnione, ruchomość klatki piersiowej większa. Mechanizm wymiany gazowej w pęcherzykach płucnych i transportu tlenu z krwią jest udoskonalany, by być jak najbardziej wydajnym. Korzysta na tym całe ciało-dotlenienie skóry, mózgu i narządów skutkuje lepszym samopoczuciem, wyglądem i zdrowiem.

Nie sposób też pominąć dobroczynnego wpływu biegania na układ nerwowy i psychikę. Regularny trening pomaga zniwelować negatywne skutki stresu, rozluźnić spięte mięśnie, oderwać się od nużących myśli i zmartwień. Wysiłek wyzwala uwalnianie ważnych neurotransmiterów i białek mających związek z procesem myślenia czy emocjami (np. niedobór serotoniny ma związek z występowaniem stanów depresyjnych). Aktywność fizyczna, w tym bieganie są polecane jako element terapii  różnych form depresji i obniżenia nastroju.

Prowadzenie ruchu z jednoczesnym utrzymywaniem równowagi i skupienia, kontrolowaniem wszystkich kończyn i ich naprzemiennej pracy pozwala na trenowanie i angażowanie obu półkul mózgowych. Zapobiega także nadmiernej lateralizacji czyli dominacji jednej strony ciała. Pobudza to kreatywność, zwiększa zwinność  i równowagę, a pracujący intensywnie mózg wytwarza więcej połączeń nerwowych, co przekłada się na lepszą pamięć, skupienie na wykonywanej czynności, a także pozwala zachować wysoki poziom sprawności umysłowej do późnej starości.

Uprawianie sportu wiąże się też z pokonywaniem własnych barier i ograniczeń, pobijaniem rekordów, a z czasem też współzawodnictwem. Kolejne dokonania- bieg coraz dłużej i dalej czy wygrana w zawodach podnoszą samoocenę i poczucie własnej wartości, wzmacniają psychicznie, a dodatkowe uznanie osób trzecich motywuje do dalszej pracy. Pomaga to przezwyciężyć wiele przeciwności i problemów życia codziennego.