تحقيقات نشان داده است که موسیقی از طریق چهار مکانیزم باعث بهبود عملکرد ورزشکاران می شود: با کاهش احساس خستگی، افزایش سطوح انگیختگی، ایجاد هماهنگی و در نهایت افزایش آرامش و احساس راحتی. تمام این عوامل مستقیماً با فرایندهای ادراکی در ارتباط هستند. ترکيب موسيقي و ورزش ممکن است با بالا بردن انگیزه، تحریکات شناختی را افزايش دهد. همچنين موسيقي و ورزش ممکن است ممکن است به جایگزین کردن اطلاعات ناشی از کار بدنی که از اندامهای حسی به دستگاههای عصبی مرکزی می رسد، بازده کار را افزایش دهد و میزان هیجانات ناشی از فعالیت را بهبود بخشد. پژوهشگران دریافته اند تنش عضلانی با انواع موسیقی تغییر می کند. به گونهای که موسیقی محرک، تنش عضله را زیاد و موسیقی آرام ممکن است فعالیت عضلانی را هنگام فعالیت ورزشی کاهش دهد. بنابراین انگیزه فرد را در انجام تمرین افزایش می دهد و به او اجازه می دهد برای مدت بیشتری به فعالیت بپردازد. از دیدگاه فیزیولوژیکی تأثیر موسیقی را شاید بتوان در تحریک بیشتر قشر مغز و افزایش تحریک پذیری نواحی حرکتی مغز نظیر بخش پیش حرکتی یا کرتکس حرکتی اولیه (PMC )که در ناحیه برادمن قرار داد، دانست. به طوریکه تأثیر آن در شرایط واماندگی بیشتر می شود. بر اساس مطالعاتی که در دهه های اخیر انجام شده است. افزایش نسبت سروتونین به دوپامین در مغز به عنوان عمده ترین عامل خستگی معرفی شده است. از این رو باید بخشی از آثار موسیقی را بر کاهش ترشح سروتونین مغز نسبت دهیم. محرکهای حسی و ذهنی (مانند موسیقی) می توانند عملکرد سیستم عصبی خودمختار را تحت تأثیر قرار دهند. از سوی دیگر مشخص شده، سیستم عصبی خود مختار، بر دستگاه قلب و عروق، نرواندوکرین و سیستم ایمنی تأثیر بسیار می گذارد. در واقع موسیقی تند و محرک، سبب افزایش سطح فعالیت سیستم عصبی سمپاتیک می شود. به طور کلی موسیقی می تواند اثرات مثبت فیزیولوژیکی (ضربان قلب، فشار خون، دمای بدن)، روانی (شاخص درک فشار) و حتی عملکردی (دو ۴۰۰ متر، قدرت ایستا، میزان استقامت و ظرفیت هوازی) داشته باشد. به علاوه به نظر می رسد موسیقی تند و کند هرکدام تأثیرهای متفاوتی را روی اجرا داشته باشند. از این رو انتخاب صحیح نوع موسیقی بسیار مهم است. به عنوان نمونه موسیقی تند موجب انگیزش و موسیقی کند موجب آرامش افراد می شود.
بطورکلي گوش دادن به موسیقی موجب می شود افراد آرام تر شوند و میزان تنش عضلانی آنها کاهش یابد. در نتیجه جریان خون به سمت عضلات و میزان دسترسی به اکسیژن بیشتر می شود. در نهایت منجر به توانایی بیشتر آنها در استفاده از متابولیسم هوازی می شود.