É causado pelo desequilíbrio entre o aumento do treinamento e a redução do tempo de recuperação, resultando na incapacidade adaptativa do atleta, no aumento da fadiga e na redução crônica do desempenho. Há uma prevalência bem maior nos esportes de endurance.
Inicialmente, há uma redução da responsividade adrenal ao hormônio ACTH, com aumento da atividade simpática central, seguido da elevação das catecolaminas plasmáticas, deixando o atleta em um estado de hiperexcitabilidade e com dificuldade de relaxar em repouso.
Caso se mantenha o excesso de treinamento, o overtraining evoluirá para a fase parassimpática, em que há uma redução dos receptores B-adrenérgicos (mecanismo de proteção metabólica e cardíaca), levando o atleta para um grau elevado e persistente de fadiga, apatia, alteração de humor, diminuição persistente do desempenho, alterações do sistema imune e reprodutivo.
São sinais e sintomas do overtraining: diminuição na performance, na força e na tolerância de cargas, dores musculares, necessidade de recuperação prolongada, fadiga crônica, distúrbio do sono, distúrbios gastrointestinais, redução da libido e da ereção, hipertensão, taquicardia, depressão, apatia, dificuldade de concentração, instabilidade emocional, medo de competir, perda do apetite, cansaço e baixa da imunidade.