Οι αθλητικοί επιστήμονες εφαρμόζουν επιστημονικές αρχές στις αθλητικές δραστηριότητες. Οι εργασίες μπορεί να κυμαίνονται από τη δημιουργία συγκριτικών γραφημάτων απόδοσης έως τον σχεδιασμό προγραμμάτων άσκησης και διατροφής που ενισχύουν την αθλητική απόδοση. Αυτοί οι επιστήμονες μπορούν να αντλήσουν γνώση από μια ποικιλία κλάδων, όπως η φυσιολογία, η ανατομία, η διατροφή και η ψυχολογία. Η έρευνα είναι ένας άλλος πρωταρχικός στόχος πολλών επιστημόνων του αθλητισμού.
Αρκετοί υποκλάδοι αποτελούν μέρος της αθλητικής επιστήμης. Οι εργασίες που σχετίζονται με την ανατομία και τη φυσιολογία μπορεί να περιλαμβάνουν σύγκριση διαφορετικών μεγεθών και σχημάτων σώματος ή μέτρηση διαφόρων λειτουργικών ικανοτήτων. Όσον αφορά τη διατροφή, ορισμένοι αθλητές, όπως εκείνοι που ασχολούνται με αθλήματα υψηλής ταχύτητας και υψηλής ενέργειας χρειάζονται περισσότερα συγκεκριμένα είδη θρεπτικών συστατικών, όπως οι υδατάνθρακες. Ένας αθλητικός επιστήμονας θα καταγράψει αυτές τις ατομικές ανάγκες και θα δημιουργήσει μοναδικές και συγκεκριμένες δίαιτες για διάφορους αθλητές. Αντίθετα, ένας αθλητικός επιστήμονας με επίκεντρο την ψυχολογία μπορεί να αξιολογήσει τους ρόλους που διαδραματίζει ο εγκέφαλος και η ανθρώπινη διάνοια σε διαφορετικές αθλητικές επιδράσεις, όπως η διαχείριση του στρες και η αντοχή.
Η φυσιολογία της άσκησης είναι ένα άλλο σημαντικό συστατικό της αθλητικής επιστήμης. Αυτή η πειθαρχία αναλύει πώς η σωματική κίνηση επηρεάζει τις σωματικές διεργασίες. Παράγοντες όπως η μυϊκή δύναμη, η αναπνοή και ο καρδιακός ρυθμός είναι συνεπώς σημαντικοί. Αυτές οι αναλύσεις μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία προπονητικών προγραμμάτων για αθλητές, όπως ασκήσεις αερόβιας και μυϊκής ενδυνάμωσης.
Πολλά επιστημονικά περιοδικά είναι αφιερωμένα στην άσκηση φυσιολογίας και οι αθλητικοί επιστήμονες μπορούν να αναζητήσουν δημοσίευση σε αυτά ή παρόμοια κείμενα. Ένας αθλητικός επιστήμονας που εστιάζει στην έρευνα μπορεί να μελετήσει και να καταγράψει φυσιολογικές αντιδράσεις. Ένα από τα πιο διάσημα παραδείγματα είναι ο August Krogh, ο οποίος έλαβε το βραβείο Νόμπελ στις αρχές του 20ού αιώνα για την ανακάλυψη των μέσων με τα οποία το αίμα ρέει μέσω των μυών. Επιπλέον, ο γιατρός Austin Flint ήταν πρωτοπόρος στον τομέα, παρέχοντας λεπτομέρειες σχετικά με τις σωματικές αντιδράσεις στην άσκηση.
Ένας αθλητικός επιστήμονας μπορεί να αναζητήσει εξειδίκευση σε έναν από τους προαναφερθέντες υποτομείς. Ορισμένα άτομα μπορεί να επιλέξουν να εργαστούν ως εκπαιδευτές άσκησης, εκπαιδευτικοί και προπονητές ή σε παρόμοιες μορφές απασχόλησης που δίνουν έμφαση στη διανομή πληροφοριών. Άλλοι, όπως διαιτολόγοι, φυσιοθεραπευτές ή επαγγελματικοί σύμβουλοι αθλητισμού, επιλέγουν έναν κλάδο πιο ιατρικά. Διατίθενται επίσης ερευνητικές θέσεις που απαιτούν άφθονο εργαστηριακό και στατιστικό έργο. Μερικοί αθλητικοί επιστήμονες εστιάζουν ακόμη και σε ένα διοικητικό επίκεντρο στο οποίο διαχειρίζονται αθλητικές ομάδες ή αθλητικές εγκαταστάσεις.
Οι περισσότερες θέσεις επιστημόνων αθλητισμού περιλαμβάνουν τουλάχιστον πτυχίο στην αθλητική επιστήμη ή σε σχετικό τομέα. Επίσης απαιτείται πιστοποίηση για πολλές θέσεις. Διαπιστευμένοι οργανισμοί όπως η Αθλητική Ακαδημία των Ηνωμένων Πολιτειών βοηθούν στην εκπλήρωση αυτών των συγκεκριμένων αναγκών.