Aastakümneid on teadlased rõhutanud positiivset seost treeningu ja meeleolu vahel. Treening näib mõjutavat meeleolu mitmel viisil, peamiselt kemikaalide, mida nimetatakse neurotransmitteriteks, vabanemise kaudu, mis leevendavad valu ja tõstavad tuju. Füüsiline aktiivsus avaldab positiivset mõju nelja peamise ajukemikaali tasemele, mis mõjutavad meeleolu: epinefriini, serotoniini, dopamiini ja endorfiinide taset. Lisaks stimuleerib treening aju hipokampuse piirkonnas ajust pärineva neurotroofse faktori (BDNF) vabanemist, mis stimuleerib uute neuronite teket ja kahjustatud neuronite paranemist. Kuna uuringud näitavad, et depressiooniga inimeste hipokampus võib olla 15 protsenti tavalisest väiksem, võib treeningu poolt käivitatud BDNF-i kiirendatud neurogenees aidata ravida kliinilist depressiooni.
Epinefriin on keemiline sõnumitooja, mis vastutab keha “võitle või põgene” reaktsiooni eest ohule või stressile. See kemikaal kahaneb kroonilise stressi, ärevuse ja nälgimise tingimustes, põhjustades sageli kurnatust, vaimset väsimust ja depressiooni. Kuigi intensiivne treening stimuleerib epinefriini vabanemist, alandab regulaarne mõõdukas treening vahelduva valguse ja intensiivse pingutusega tsirkuleeriva epinefriini taset. See hõlbustab parasümpaatilise närvisüsteemi paremat talitlust, mis vahendab seedimist, und, immuunvastust ja kehakudede paranemist. Samuti alandab see südame löögisagedust, vererõhku, kehatemperatuuri ja kortisooli taset, millel kõigil on psühholoogiliselt rahustav ja energiat andev toime, selgitades osaliselt treeningu ja meeleolu seost.
Serotoniin on peamine neurotransmitter, mis vastutab heaolu- ja rahulolutunde eest. Uuringud on näidanud, et depressioonis inimestel on aju serotoniini tase langenud ja paljud antidepressandid tõstavad serotoniini taset. Madal serotoniinitase põhjustab ärrituvust, väsimust ja tujutust. Lisaks neurogeneesi stimuleerimisele suurendab BDNF serotoniini tootmist ja signaaliülekannet, mis omakorda suurendab BDNF-i vabanemist. See sünergistlik tsükkel võib olla treeningu ja meeleolu parandamise vahelise olulise seose kriitiline komponent.
Dopamiin aitab organismil reguleerida ärkveloleku- ja unetsükleid. Dopamiini tasakaalustamatus häirib korralikku unemustrit, põhjustades väsimust. Jet lag on dopamiini tasakaalustamatuse sagedane tagajärg, mis on seotud ajavööndites reisimise, kehva toitumise või nälgimise, stressi või ärevusega. Ajus kõigub dopamiini tase sünkroonis serotoniini tasemega. Kuna treening tõstab serotoniini taset, suureneb ka dopamiini tase, eriti vastusena mõõduka intensiivsusega ja pikaajalisele treeningule, mis illustreerib veelgi treeningu ja meeleolu seost.
Endorfiinid, organismi looduslikud opiaadi valuvaigistid, vähendavad füüsilist ja vaimset valu ning tekitavad teatud vormis eufooriat. Need kemikaalid, mis vabanevad hüpofüüsist vastusena treeninguga seotud valule või stressile, interakteeruvad samade retseptoritega nagu heroiin või morfiin, vähendades valu ja tekitades loomuliku kõrge. Uuringud näitavad, et endorfiinid valguvad ajju 30 minuti jooksul pärast kehalise aktiivsuse algust ja see sissevool suureneb treeningu sagedusega. Kuigi endorfiinidel võib olla sõltuvust tekitav toime, sarnaselt nikotiinile või morfiinile, vähendab 30-minutiline rahulduse viivitus, mis on vajalik kõrge taseme saavutamiseks, treeningu sõltuvust tekitavaid omadusi. Mitmete uuringute kohaselt tegeleb vaid 15 protsenti ameeriklastest regulaarselt mõõduka kehalise aktiivsusega ja kogeb treeningu eufoorilist mõju ja endorfiinide meeleolu parandamist.
Kuigi igasugune treening parandab tuju, muudab treeningu tüüp, millega inimene tegeleb, oluliselt selle mõju ajukemikaalidele. Väga intensiivsed tegevused, nagu sprint, raskuste tõstmine ja intervalltreening, suurendavad epinefriini taset. Teisest küljest toovad jalgrattasõit, pikamaajooks, ujumine ja muud pikema aja jooksul mõõdukat pingutust nõudvad tegevused suuremat tulu tuju parandavate ajukemikaalide osas. Ajus korduvalt kasutatavad rajad muutuvad iga kord tugevamaks, muutes neurokeemilise reaktsiooni treeningule ja vastava meeleolu tõusu aja jooksul sügavamaks.