线粒体负责将营养物质转化为细胞可以直接使用的能量形式。在适度的运动过程中，线粒体会适应性地改变，提高其氧化磷酸化能力和抗氧化能力，从而有利于维持细胞的正常功能。
然而，当运动过度时，线粒体可能会受到损害。一项由瑞典卡罗林斯卡学院进行的研究发现，过度的高强度间歇训练（HIIT）会导致肌肉组织内的线粒体呼吸功能下降，进而影响人体的正常代谢。在实验中，志愿者在经历连续几周的高强度训练后，线粒体呼吸能力显著下降，线粒体功能也明显受损。
此外，过度运动还可能造成心脏受损，特别是右心房、右心室和内膜下心肌组织。过度运动会让心肌线粒体钙离子超载，改变线粒体膜的通透性，造成心肌损伤。心肌缺血也是过度运动可能导致的后果，它会使得心肌能量代谢不正常，影响心脏的正常工作。