Mit zunehmender Belastungsintensität steigt der Energiebedarf der Muskelzellen und muss durch erhöhte Sauerstoffaufnahme gedeckt werden. Je mehr Sauerstoff die arbeitenden Muskeln aufnehmen können, desto höher ist die maximale Ausdauerleistungsfähigkeit. Entscheidend sind dabei der Gasaustausch zwischen Lunge und Blut, das Sauerstofftransportvermögen des Blutes, die Verteilung des Blutes im Körper und die Sauerstoffaufnahmekapazität der Muskelzellen. Diese Faktoren lassen sich durch Ausdauertraining verbessern. Deshalb zeichnen sich ausdauertrainierte Sportler durch eine besonders hohe maximale Sauerstoffaufnahme aus.

Ein- und Ausatmungsluft unterscheiden sich vor allem durch den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt. Die Messung der O₂-Aufnahme und der CO₂-Abgabe während einer körperlichen Belastung ermöglicht eine differenzierte Analyse der Funktion und der Leistungsfähigkeit von Lunge, Herz-Kreislauf-System und Gasaustausch im Körper. Daher ist die sogenannte Spiroergometrie eine wichtige Methode zur Leistungsdiagnose bei Patienten und Sportlern.

Bei diesem diagnostischen Verfahren wird während einer ansteigenden körperlichen Belastung eine Atemgas­analyse durchgeführt. Die Belastung wird dabei über einen Zeitraum von ca. 8–12 Minuten kontinuierlich bis zur körperlichen Erschöpfung gesteigert. Der Proband trägt dabei eine Atemmaske über die kontinuierlich die Sauerstoff- und Kohlendioxid-Konzentrationen in der Ein- und Ausatmungsluft gemessen werden. Gleichzeitig erfolgt eine Analyse von Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemminutenvolumen und Herzfrequenz.

Anhand der Messergebnisse können die maximale Sauerstoffaufnahme und weitere sogenannte ventilatorische Schwellen bestimmt werden, aus denen Experten Rückschlüsse auf die Trainingsintensität ziehen können.