Механизмы утомления при физических нагрузках циклической направленности различного объема и интенсивности были проанализированы с позиции теории функциональных систем. Были рассмотрены особенности утомления при анаэробном метаболизме в скоростных видах спорта, при аэробно-анаэробном метаболизме в спортивных дисциплинах связанных со скоростной выносливостью и при аэробном метаболизме в беге на длинные и сверхдлинные дистанции. В спринте преобладают анаэробные процессы в работающей скелетной мускулатуре и центральные механизмы утомления. Центральное утомление опережает периферическое утомление нервно-мышечной системы. Анаэробные и аэробные процессы окисления происходят при беге спортсмена на средние дистанции. Начинают появляться эффекты гипоксии, гипокапнии и накопления продуктов окисления в работающих мышцах. Появляются нарушения в дыхательной и сердечнососудистой системе. На длинных дистанциях возникают глубокие метаболические аэробные изменения, накапливаются токсические продукты обмена, нарушается водно-солевой баланс, изменяются клеточные и молекулярные процессы возбуждения в центральной и периферической нервной системе. Комбинация различных нарушений функций организма приводит к уменьшению работоспособности нервно-мышечной системы спортсмена. Системный подход даёт возможность выявлять тонкую грань между достижением организмом нового качественного уровня адаптации к физическим нагрузкам и срывам компенсаторных механизмов, связанных с перенапряжением функциональных систем, обеспечивающих данную работу.