Zmiany w układzie krwionośnym obejmują wzrost pojemności minutowej serca związanej z poprawą jego objętości wyrzutowej, czasem obserwowany jest także przerost mięśnia sercowego. Trening ogranicza wysiłkowe zmiany w dystrybucji krwi w organizmie – zmniejszenie przepływu przez naczynia przewodu pokarmowego jest słabiej zaznaczone, natomiast pomniejszony zostaje przepływ krwi w skórze. Ćwiczenia fizyczne poprawiają pracę gruczołów wydzielania zewnętrznego, a tym samym głównym sposobem oddawania ciepła staje się droga parowania.
Trening wytrzymałościowy powoduje również zmiany w samych mięśniach. Zwiększa się pobieranie przez nie tlenu z przepływającej w naczyniach krwionośnych krwi. Zachodzą zmiany enzymatyczne w cyklach biochemicznych, przez co zmniejsza się szybkość rozkładania zawartego w mięśniach glikogenu, wydajniejsze natomiast staje się uzyskiwanie energii z kwasów tłuszczowych. Dzięki temu zmniejsza się produkcja kwasu mlekowego i jego gromadzenie w mięśniach, a także możliwa jest dłuższa praca mięśni, gdyż zapasy węglowodanów są wolniej likwidowane. Zwiększone zapotrzebowanie na kwasy tłuszczowe powoduje większe ich uwalnianie z tkanki tłuszczowej.