与疲劳相关的神经肌肉机制尚未完全阐明。肌肉疲劳可以产生身体的任何一个环节，按照部位划分，将疲劳分为外周疲劳和中枢疲劳。疲劳的中枢因素包括肌肉随意激活能力下降，主要表现为募集运动单位数目和运动单位的发放率下降。影响肌肉疲劳的外周因素主要包括神经肌肉处的信息传导以及肌肉上运动单位传导发生了改变，以及肌纤维收缩强度下降（Boyas and Guevel, 2011）。肌肉疲劳的中枢成分一般来说表现为控制肌肉收缩中枢发出的命令下降，从而导致力量输出降低（Gandevia, 2001）。有研究表明：在疲劳过程中运动单位发放率降低是为了与疲劳收缩过程中肌肉的机械状态相匹配，这个机制称为“肌肉的保护”（muscle wisdom）（Barry and Enoka, 2007）。Bigland-Ritchie等（1983）研究了在等长收缩过程中运动单位发放率，他们发现，在前60s运动单位发放率从27Hz下降到15Hz，但是并不是所有的运动单位都表现为相似的一种行为。在最近的一项研究中，Fuglevand和Keen（2003）发现，当电刺激从30Hz下降到15Hz时比始终保持30Hz时，肌肉力量更小。这些研究结果表明：发放率下降可能导致疲劳时肌肉力量下降，运动单位发放率发生的这些变化暗示如果以该强度继续工作下去，器官可能会受到损害，所以可能与保护器官防止受损伤有关。因此，肌肉疲劳的中枢机制是一个整体机制，这个机制通过触发肌肉疲劳，在细胞或者器官功能发生损害前来保护机体整个系统（Noakes, 2000）。相反，在身体工作时外周肌肉疲劳被看成是从兴奋到肌肉收缩过程的损害。因此，外周调节与钙离子流运动扰乱、磷酸化盐的积累以及ATP储备减少（Boyas and Guevel, 2011）相关。因此，肌肉疲劳可以理解为发生在中枢和外周的一些变化，这些变化可以发生在运动命令传出途径的任何一个位置。