המנגנון המדויק הגורם להתחזקות בעקבות אימון גופני עדיין אינו ברור, אך עקרונותיו הבסיסיים מובנים. נראה שמעורבים בו שני תהליכים: היפרטרופיה, או גדילה של תאים, והסתגלויות עצביות המשפרות את יחסי הגומלין בין השריר לעצב.
כאשר מתבצעת פעילות גופנית סדירה, שאחריה באות מנוחה וצריכה מספקת של חלבונים, עוברים תאי השריר היפרטרופיה (אין לבלבל בינה לבין התנפחות קצרת-מועד הנובעת מספיחת מים לתאים). סינתזה משופרת של חלבונים וקליטתם בתאים גורמים לאפקט בניית השריר. כאשר תא שריר מופעל על ידי תא העצב שלו, פעולת החלבונים האחראים להתכווצות השריר - אקטין ומיוזין - מייצרת כוח על ידי שינוי במבנה החלבונים, הנקרא פעימת כוח. הכוח הכללי שנוצר תלוי בסכום של כל פעימות הכוח המתרחשות בו-זמנית בכל תאי השריר. הואיל ונוכחות מוגברת של אקטין ומיוזין מביאה ליותר פעימות כוח פוטנציאליות, יפגין השריר כוח כיווץ גדול יותר. יותר מזה, יש הורמונים מסוימים התורמים להיפרטרופיה, ויש בה גם רכיב גנטי משמעותי.
הבסיס העצבי להתחזקות שרירים כרוך בעיקר ביכולת לגייס יותר תאי שריר - ולפיכך יותר פעימות כוח - בו-זמנית. תהליך זה, הנקרא הפעלה סינכרונית, מנוגד לתבנית הפעילות הנצפית בשריר לא מאומן, שבו התאים פועמים לסירוגין, באופן אסינכרוני יותר. האימון הגופני מפחית גם את המשוב העצבי המרסן, תגובה הגנתית טבעית של מערכת העצבים המרכזית למשוב המגיע מן השריר. ריסון זה מונע מן השריר לעבוד יתר על המידה ואולי אף לקרוע את עצמו כשהוא יוצר כוח ברמה שאינו מורגל אליה. ההסתגלות העצבית הזאת יוצרת תוספת כוח ניכרת עם היפרטרופיה מינימלית, והיא האחראית לרוב ההתחזקות של נשים ומתבגרים שעוסקים באימון גופני. היא גם מנצלת תאי עצב ושריר הקיימים ממילא ומסבירה את רוב ההתחזקות המושגת בשלבים הראשונים של כל אימוני הכוח. היפרטרופיה מעצם טבעה היא תהליך איטי הרבה יותר, שכן היא תלויה ביצירה של חלבוני שריר חדשים. לסיכום, המאמץ שבאימונים גופניים סדירים יוצר אפוא שינויים הן בשריר והן בעצבים המחזקים את השריר.
