Srdečně-cévní reakce na zátěž je odrazem normálních adaptačních mechanizmů, které umožňují zvýšený transport a využití kyslíku v tkáních. K tomu je třeba zvýšit srdeční výdej (tzv. minutový srdeční objem - množství krve přečerpané z levé komory do systémového krevního oběhu během 1 minuty). Srdeční výdej lze zvýšit zrychlením srdeční frekvence méně i zvětšením tepového objemu (tj. množství krve vypuzeného z komory do oběhu při jednom stahu). Při zátěži se ve zvýšené míře extrahuje kyslík z tepenné krve. Zvyšuje se průtok krve v zatížených kosterních svalech a v srdečním svalu. Stoupá frekvence a síla kontrakce (stahu) srdečního svalu.
Jako syndrom atletického srdce označujeme soubor adaptačních příznaků, které jsou pozorovány u osob trénovaných ve vytrvalostní zátěži. Syndrom zahrnuje tyto projevy: pomalý tep (klidová sinusová bradykardie), přídatné zvuky v poslechovém fyzikálním vyšetření (třetí a čtvrtá ozva, šelesty v systole), řada abnormálních nálezů na elektrokardiogramu a zvětšení srdečního stínu na rentgenovém snímku hrudníku. Tento syndrom, který by byl u netrénované osoby považován za abnormální, by neměl být u trénovaného jedince chybně vyšetřen jako srdeční onemocnění.
Pro vytrvalostně trénované atlety je charakteristické kromě zbytnění svaloviny srdce i zvětšení srdečního objemu. V reakci na rychlostní nebo silový trénink vzniká naopak zbytnění srdeční svaloviny i kosterního svalstva.
Rozšíření a zbytnění všech čtyř srdečních dutin (síní a komor) zvyšuje u vytrvalostně trénovaných atletů čerpací schopnost srdce. Při pomalé srdeční frekvenci je prodloužena doba diastolického plnění komor krví a zvyšuje se tepový objem Následkem zvýšeného tepového objemu je zvýšený přísun kyslíku tkáním v klidu i při zátěži. Celková koncentrace krevního barviva hemoglobinu (přenašeče kyslíku) a objem kolující krve jsou u vytrvalostně trénovaných jedinců rovněž zvýšené, což dále zlepšuje transport kyslíku. Tepová frekvence v klidu i při submaximální zátěži jakéhokoli stupně během tréninku postupně klesá. Příčinou je zejména zvýšená aktivita tzv. parasympatiku (část autonomního útrobního nervstva, regulujících činnost srdce nezávisle na naší vůli). Navzdory zvětšenému srdečnímu výdeji a díky zpomalení srdeční frekvence klesá spotřeba kyslíku v srdečním svalu při stejném množství odvedené zevní práce.
Netrénovaní jedinci zvyšují srdeční výdej zejména vzestupem tepové frekvence, zatímco vytrvalostně trénovaní atleti zejména zvýšením tepového objemu.
Charakteristická je pomalá tepová frekvence (sinusová bradykardie). Mohou se vyskytnout síňové i komorové poruchy srdečního rytmu, včetně síňokomorových blokád. Tyto arytmie jsou typicky bez příznaků a při vzestupu srdeční frekvence při zátěži se někdy zmenšují nebo mizí. Systémový krevní tlak se u atletů obvykle příliš neliší. Srdce je mírně zvětšené.
Neexistuje korelace mezi stupněm trénovanosti a stupněm bradykardie (pomalé srdeční činnosti), zvětšením srdce nebo změnami na elektrokardiogramu.
Neexistují důkazy o tom, že by i nejnamáhavější tělesná aktivita měla negativní vliv na srdečně-cévní činnost lidí s normálním srdcem nebo že by později způsobila srdeční onemocnění. U zdravých mladých atletů však někdy nastává náhlá smrt zřejmě v důsledku srdeční arytmie, přičemž příčinou arytmie je obvykle jiné základní srdeční onemocnění (ateroskleróza věnčitých tepen, myokarditida - zánět srdečního svalu a další onemocnění).