В даний час вважають, що У. с. обумовлено різким зниженням запасу синтезованого медіатора у пресинаптичних закінченнях (виснаження), зменшенням чутливості постсинаптичної мембрани нервової клітини до медіатора (десенситизація) та зменшенням енергетичних ресурсів нейрона.
Причинами втоми є: виснаження запасу АТФ, накопичення у м'язі продуктів метаболізму. Стомлюваність м'яза при ритмічній роботі менша, ніж стомлюваність синапсів. Тому при скоєнні організмом м'язової роботи втома спочатку розвивається на рівні синапсів ЦНС та нейром'язових синапсів.
Коли їх амплітуда падає нижче за деякий критичний рівень, виникнення потенціалів дії в м'язовому волокні припиняється.. З цих причин синапси швидше втомлюються, ніж нервові волокна та м'язи.
При статичній роботі основними причинами втоми є безперервна напруга нервових центрів та м'язів, виключення діяльності менш стійких м'язових волокон і великий потік аферентних та еферентних імпульсів між м'язами та моторними центрами.