Früher wurde davon ausgegangen, dass eine Übersäuerung des Muskelgewebes durch Milchsäure und das anschließende Einlagern der Säureumwandlungsstoffe (Laktate) im Muskelgewebe für den Muskelkater verantwortlich ist. Es wurde die Annahme vertreten, dass ein Muskelkater ausbleibe, wenn sich vor sportlicher Betätigung genügend erwärmt wird. Durch gezielte Dehnübungen sollten die Muskeln auf das Training vorbereitet werden. Richtig ist, dass Milchsäure im Körper vorhanden ist. Das aus der Milchsäureumwandlung entstehende Laktat ist für verschiedene Stoffwechselvorgänge sogar notwendig. Die Theorie, dass eine größere Menge an Milchsäure einen Muskelkater hervorruft, wird heute verworfen.

Muskelkater tritt erst nach Stunden oder erst nach einem Tag auf. Da ein erhöhter Laktatspiegel im Körper bereits nach zirka 20 Minuten abgebaut ist, gehen neueste Erkenntnisse davon aus, dass die Ursache eine andere sein muss.

Das sogenannte quergestreifte Muskelgewebe kann durch unseren Willen bewusst gesteuert werden. Es besteht aus elastischen Muskelzellen, die sich je nach Nervenimpuls verkürzen können und anschließend wieder ihre Ausgangslänge erreichen oder sich manchmal sogar noch weiter ausdehnen. Die Muskeln bestehen aus Faserbündeln und jedes Faserbündel aus Muskelzellen. Jede dieser Zellen besteht aus fadenförmigen Myofibrillen, die sich aus zusammenziehbaren Einheiten, den Sarkomeren, zusammensetzen. Diese sind durch parallel liegende Z-Linien voneinander getrennt. Bei einer Muskelanspannung werden die Z-Linien durch Eiweiße zueinander hin gezogen. Heute wird davon ausgegangen, dass durch Überbelastung der Muskeln in den Z-Linien kleine Risse entstehen. Wahrscheinlich hieß Muskelkater ursprünglich Muskelkatarrh. Ein Katarrh ist eine Entzündung der Schleimhäute. Durch die kleinen Risse entstehen ebenfalls Entzündungen in den Myofibrillen und Wasser dringt in die Muskelfaser ein. Diese Gewebsanschwellung wird Ödem genannt und führt zu einer Verdickung des Muskels. Gesicherte Erkenntnisse liegen hier noch nicht vor.

Nach mehreren Stunden beziehungsweise einem Tag entstehen Schmerzen im Muskel, die sich noch weiter verstärken. Es kann bis zu einer Woche dauern bis die Entzündungen abheilen und die daraus entstanden Abfallstoffe aus dem Muskel abtransportiert sind. Es wird abgeraten, sich mit einem Muskelkater weiter, nach dem Motto „jetzt erst recht“, sportlich zu betätigen. In dieser Zeit können die geschädigten Muskeln nicht vollständig arbeiten und zeigen durch Schmerzen an, dass sie geschont werden müssen.