Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah menggembar-gemborkan hubungan positif antara olahraga dan suasana hati. Olahraga tampaknya memengaruhi suasana hati dalam beberapa cara, sebagian besar melalui pelepasan bahan kimia, yang disebut neurotransmiter, yang meredakan rasa sakit dan membangkitkan semangat. Aktivitas fisik menghasilkan efek positif pada tingkat empat bahan kimia otak utama yang memengaruhi suasana hati: epinefrin, serotonin, dopamin, dan endorfin. Selanjutnya, olahraga merangsang pelepasan faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF) di wilayah hipokampus otak, yang merangsang pembentukan neuron baru dan perbaikan neuron yang rusak. Karena penelitian menunjukkan bahwa hippocampus pada individu yang depresi mungkin 15 persen lebih kecil dari biasanya, neurogenesis yang dipercepat melalui BDNF yang dipicu oleh olahraga dapat membantu mengobati depresi klinis.
Epinefrin adalah pembawa pesan kimiawi yang bertanggung jawab atas respons “lawan atau lari” tubuh terhadap bahaya atau stres. Bahan kimia ini menjadi terkuras di bawah kondisi stres kronis, kecemasan, dan kelaparan, sering menghasilkan kelelahan, kelelahan mental, dan depresi. Meskipun olahraga yang intens merangsang pelepasan epinefrin, olahraga teratur dan sedang dengan tingkat aktivitas ringan dan intens yang bergantian menurunkan tingkat epinefrin yang bersirkulasi. Ini memfasilitasi fungsi yang lebih baik dari sistem saraf parasimpatis, yang memediasi pencernaan, tidur, respon imun, dan perbaikan jaringan tubuh. Ini juga menurunkan detak jantung, tekanan darah, suhu tubuh, dan kadar kortisol, yang semuanya memiliki efek menenangkan dan memberi energi secara psikologis, menjelaskan bagian dari hubungan antara olahraga dan suasana hati.
Serotonin adalah neurotransmitter utama yang bertanggung jawab atas perasaan sejahtera dan kepuasan. Penelitian telah menunjukkan bahwa orang yang depresi telah mengurangi kadar serotonin otak, dan banyak obat antidepresan bekerja dengan meningkatkan kadar serotonin. Tingkat serotonin yang rendah menyebabkan iritabilitas, kelelahan, dan kemurungan. Selain merangsang neurogenesis, BDNF meningkatkan produksi dan pensinyalan serotonin, yang, pada gilirannya, meningkatkan pelepasan BDNF. Siklus sinergis ini mungkin merupakan komponen penting dari hubungan yang signifikan antara olahraga dan peningkatan suasana hati.
Dopamin membantu tubuh mengatur siklus bangun dan tidur. Ketidakseimbangan dopamin mengganggu pola tidur yang nyenyak, menghasilkan kelelahan. Jet lag adalah hasil umum dari ketidakseimbangan dopamin yang terkait dengan perjalanan melintasi zona waktu, pola makan yang buruk atau kelaparan, stres, atau kecemasan. Di otak, kadar dopamin berfluktuasi selaras dengan kadar serotonin. Karena olahraga meningkatkan kadar serotonin, kadar dopamin juga meningkat, terutama sebagai respons terhadap intensitas sedang, latihan jangka panjang, yang selanjutnya menggambarkan hubungan antara olahraga dan suasana hati.
Endorfin, obat penghilang rasa sakit opiat alami tubuh, mengurangi rasa sakit fisik dan mental dan menghasilkan suatu bentuk euforia. Bahan kimia ini, yang dilepaskan oleh kelenjar pituitari sebagai respons terhadap rasa sakit atau stres yang terkait dengan olahraga, berinteraksi dengan reseptor yang sama seperti heroin atau morfin, memotong rasa sakit dan menghasilkan rasa tinggi alami. Penelitian menunjukkan bahwa endorfin tumpah ke otak dalam waktu 30 menit setelah dimulainya aktivitas fisik, dan aliran ini meningkat seiring dengan frekuensi olahraga. Meskipun endorfin dapat memiliki efek adiktif, seperti nikotin atau morfin, penundaan kepuasan selama 30 menit yang diperlukan untuk mencapai tingkat tinggi mengurangi kualitas kecanduan olahraga. Menurut beberapa survei, sedikitnya 15 persen orang Amerika secara teratur melakukan aktivitas fisik sedang dan mengalami efek euforia dari olahraga dan peningkatan suasana hati oleh endorfin.
Meskipun jenis olahraga apa pun menghasilkan peningkatan suasana hati, jenis olahraga yang dilakukan seseorang membuat perbedaan yang signifikan dalam efeknya pada zat kimia otak. Aktivitas yang sangat intens, seperti lari cepat, angkat berat, dan latihan interval, meningkatkan kadar epinefrin. Di sisi lain, bersepeda, lari jarak jauh, berenang, dan aktivitas lain yang membutuhkan upaya sedang dalam jangka waktu yang lebih lama menghasilkan dividen yang lebih besar dalam zat kimia otak yang meningkatkan suasana hati. Jalur yang digunakan berulang kali di otak menjadi lebih kuat setiap kali digunakan, membuat respons neurokimiawi terhadap olahraga dan peningkatan suasana hati yang sesuai menjadi lebih mendalam dari waktu ke waktu.