Der Mensch besitzt über 400 Skelettmuskeln, die etwa 40 Prozent des Körpergewichts ausmachen. Wenn wir uns bewegen, übertragen die Sehnen die Arbeit ganzer Muskelgruppen auf Knochen und Gelenke. Muskeln sind so ähnlich aufgebaut wie mehr adrige Kabel. Sie vertragen enorme Kräfte, aber nur, wenn sie regelmäßig belastet werden.

Ist dies nicht der Fall, reißen die feinen Fasern im Innern bei plötzlichen, ungewohnten Bewegungen, und Wasser dringt ein. Dies führt schließlich im Verlauf von ein bis zwei Tagen zu einer vermehrten Wasseransammlung (Ödemen) in den Muskelfasern. Sie schwellen an und dehnen sich somit. Der hieraus resultierende Dehnungsschmerz ist vermutlich für den ungeliebten Muskelkater verantwortlich.

Hinzu kommt: Die Schwellungen der Zelle engen Gefäße ein. Damit verschlechtert sich die Durchblutung, was ebenfalls Beschwerden verursacht. Muskelschmerz führt außerdem zu einer reflektorischen Verspannung (Muskelhärte), welche die Durchblutung weiter vermindert und so die Pein noch verstärkt.

In den letzten Jahren haben elektronenmikroskopische Studien diese im angloamerikanischen Raum verbreitete Vorstellung von der Entstehung des Muskelkaters erhärtet. Früher ging man davon aus, dass die Schmerzen durch Milchsäure (Laktat) ausgelöst werden, die sich im Muskel ansammelt, wenn diese durch Überanstrengung einen Sauerstoffmangel erleiden. Die weit verbreitete Meinung beruht indes auf einer vor vielen Jahrzehnten aufgestellten Spekulation, die nie bewiesen wurde.