有氧运动可能影响表观遗传修饰和分子通路、线粒体的行为，上调脑源性神经营养因子 (BDNF) ，并增加流过大脑的血量，尤其是在涉及信息检索和执行功能的脑区。

限制摄入的热量（包括减少每日摄入量和较长的饮食间隔）或增加运动量到刺激 Sirtuins 蛋白活跃的程度，可以改善细胞的表观遗传衰老状况，延长多种实验动物的寿命。

• 血液中的脑源性神经营养因子水平与海马体积有关。有氧运动上调血清中的脑源性神经营养因子水平，在统计上与儿童和老人的海马体积增加有关，在儿童身上与更好的记忆表现有统计学关联。
• 一项研究考察了 1206 名健康人的步行耐力与认知功能的关系，受试者平均年龄 28.8 岁，45.5% 为男性。结果显示较高水平的步行耐力与整体认知功能增强有统计学关联。性别、年龄、教育程度、BMI、HBA1c、动脉血压等变量并没有改变结果的整体模式^[1]。
• 一项研究调查了 206 名成年人在六个月内每周至少锻炼四天的情况。受试者平均年龄 66 岁，在实验开始时、三个月后、六个月后各接受思维和记忆测试，并以超声波监测流过大脑的血量。有氧运动计划从每天 20 分钟开始，在六个月间增加到 40 分钟。实验结束时，受试者在执行功能测试中的成绩改善了 5.7%，在语言流畅性方面的成绩改善了 2.4%，大脑血流量增加 2.8%~
• 埃里克森等调查了 165 名 59 至 81 岁之间的、认知健康的老年人，通过最大分级运动测试评估他们的心肺健康水平，让他们执行空间记忆任务，并使用功能磁共振成像 (fMRI) 测量他们的海马体积。结果表明，心肺健康水平较高的受试者双侧海马体积都较大，并与更好的空间记忆表现统计学相关^[2]。
• 一项研究对 120 名老年人进行随机对照设计，发现运动组的海马体积相比对照组增加了 2%，并表现出更高水平的血清脑源性神经营养因子水平和更大幅度的空间记忆改善^[3]。
• 一项研究将 124 名年龄在 60 至 75 岁之间的老年人随机分配去接受为期 6 个月的步行训练（有氧运动）或柔韧性训练（非有氧运动）。结果表明，步行组在一系列认知任务中的表现改善，而柔韧组没有这种现象^[4]。

有氧运动对正常衰老的人和患有阿尔茨海默症、精神分裂症等各种脑部疾病的人群的认知能力和大脑健康有相似的益处。

历史上，人们曾经担忧跑得太多会损伤大脑。针对从意大利到挪威的赛程 64 天的 4487 千米长跑比赛的参与者的一项研究显示，这样的超级长跑似乎会导致人的大脑暂时缩小，受影响最大的是视觉皮层（可能是因为铺装路面过于千篇一律），但参与者的大脑在比赛结束后半年内恢复原体积。参与者的膝盖等部位的软骨在前 2500 千米赛程内呈现一些损伤和退化，那之后徐徐修复^[5]。

动物的脑可以在和外界或自身互动的过程中改变结构和功能。过去一百多万年间，基于身体运动的战斗、逃跑、探索、觅食、自卫、求偶、发明、仪式、舞蹈等行为，在人的生存、适应、发展过程中发挥了重大的作用，狩猎在很大程度上塑造了人。二十世纪的理论认为，涉及上述行为的脑区，尤其是在记忆处理中有基本作用的海马体，受身体运动的影响十分明显；其余脑区出于能量效率，在演化过程中也会受到身体运动的影响。

近年来，更多的研究显示人的“看起来很简单的身体运动”会激活巨大范围的神经细胞，旋转眼球会激活约一半神经元。身体运动可以影响的神经元大概遍布新皮质。