Een spier bestaat uit vele vezelbundels, die uit vezels bestaan, die weer uit zogenaamde myofibrillen bestaan en die uiteindelijk uit zogenaamde sarcomeren zijn opgebouwd. Deze sarcomeren zijn 2/1000 mm lang. De menselijke bicepsspier is uit ongeveer 10 miljard sarcomeren opgebouwd. De macromoleculaire eenheden van de sarcomeer vormen de dikke en dunne filamenten; ze bestaan uit eiwitten. De spiercontractie ontstaat door een verbinding tussen eiwitmoleculen: calciumionen worden vrijgemaakt door splijting van de energievoorraad ATP die zich in de spiercel bevindt. (Bij dit proces verbindt myosine zich met actine van de dunne filamenten, waardoor ze knikken zedat de filamenten in elkaar kunnen schuiven.) Het ATP is ook verantwoordelijk voor het opheffen van de verbinding, zodat de spier zich weer kan ontspannen. Wanneer dus in een spier de concentratie van ATP na een sterke vermindering van de energietoevoer afneemt (bijvoorbeeld door grote vermoeidheid), kan de spier niet ontspannen, hij blijft 'hard' (bijvoorbeeld in het extreme geval bij spierkramp of bij het overlijden). Het ATP heeft dus aan de ene kantde taak van energievoorziening en aan de andere kant de taak van het weer zacht maken van de spier.

Het proces van de spiercontractie begint met een prikkeling van het centrale zenuwstelsel, gaat via de zogenoemde neuronen of motoneuronen naar het motorisch eindplaatje en van hieruit naar de spiervezels. In morfologisch opzicht noemen wetenschappers deze aangesproken delen een motor-unit.

Elke spier kan na een spierprikkeling een derde van haar oorspronkelijke lengte verkorten. Bij het hierboven genoemde proces bewegen de dunne en dikke filamenten zich op 10 mm van elkaar, dat wil zeggen om de spier bijvoorbeeld 1 cm te verkorten, moeten aan een myofibrille een miljoen bewegingen van de verbinding en verslapping voorafgaan. De krachtontwikkeling wordt groter naarmate meer myofibrillen tegelijkertijd aan de actie deelnemen.

In de spier heerst altijd een zogenaamd rustpotentieel, dat is een elektrisch proces aan de celmembraan, tussen het binnenste van de cel en zijn omgeving - tussen de negatief en positief geladen atomen, de zogenaamde ionen. Als nu een prikkel de celmembraan van de spiercel bereikt, leidt dit tot een depolarisatie of verandering van het membraanpotentieel. Het tijdelijke verloop van deze verandering wordt actiepotentieel genoemd. Zulke prikkels worden bijvoorbeeld door krachtoefeningen veroorzaakt, waarbij het eigenlijke proces van de prikkeling, van het centrale zenuwstelsel via de motoneuronen en het zenuwbanen naar de spiervezels verloopt.

De tijdsduur tussen het inzetten van de bovendrempelige prikkeling en de spiercontractie wordt latente tijd genoemd; hij duurt ca. 0.004 tot 0.01 seconden. Warmte maakt hem korter, koude verlengt hem (effect van warming-up)