La l-carnitina es una sustancia que se produce en el hígado, riñón y cerebro, además de que la consumimos en los alimentos y es indispensable para que los ácidos grasos (lípidos) de cadena larga se fragmenten y entren a la mitocondria y sean oxidados o "quemados".

Desde esta perspectiva, la mayoría de la investigación sobre el uso de los suplementos de l-carnitina sobre el rendimiento físico se ha enfocado a estudiar su efecto fisiológico y se ha encontrado que algunas investigaciones reportan efectos favorables sobre el rendimiento. Sin embargo, en la mayoría se ha encontrado efecto nulo. Entre los parámetros estudiados se ha buscado que se aumente la oxidación de grasa, ahorrando de esta manera glucógeno muscular para así aumentar el rendimiento físico.

Estas diferencias pueden ser explicadas por varios factores: principalmente el tiempo de uso del suplemento, la cantidad de éste y el parámetro buscado, que ha sido generalmente un mecanismo muscular.

Dado que los suplementos de l-carnitina no aumentan su concentración en el músculo, pero sí lo hacen en la sangre, debe existir entonces un mecanismo no muscular que permite que la l-carnitina tenga los efectos favorables en la fisiología del ejercicio. Entre estos beneficios se encuentra un aumento en la fuerza de contracción muscular durante estimulación repetida de hasta un 34%. Esto fue realizado in vivo en el músculo dorsal del perro. Aún y cuando el aumento en fuerza fue dramático, no se observó aumento de l-carnitina muscular, pero sí se observó aumento de ésta en sangre. El efecto podría explicarse por el aumento en la utilización de l-carnitina en las células del endotelio vascular (células que cubren la capa interna de los vasos y que tienen contacto con la sangre) que se sabe usan l-carnitina.

Un efecto muy importante para los que levantan pesas o cualquier atleta comprometido con su rendimiento físico, es el efecto de reducir el dolor muscular post ejercicio. Este dolor muscular es el que se siente uno o dos días después de un entrenamiento fuerte y se presenta no solo en novatos, sino en todo aquel deportista que someta sus músculos a un entrenamiento por arriba de lo habitual. Si la buena alimentación, un buen descanso y la l-carnitina nos ayuda a recuperarnos más rápido esto se traduce en entrenamientos más frecuentes y fuertes a la vez que nos trae como consecuencia que logremos nuestros objetivos en un tiempo más breve. Algunos científicos del ejercicio han especulado que el efecto podría ser un aumento en el suministro de oxígeno vía vasodilatación y de esta manera prevenir algunos de los efectos negativos de la hipoxia tisular (baja concentración de oxígeno en los tejidos). El endotelio vascular y las células musculares lisas que se encuentran en los vasos sanguíneos son dependientes de ácidos grasos y de l-carnitina para producir energía. El cómo la l-carnitina influencia la vasodilatación, el endotelio vascular y finalmente el flujo sanguíneo no es conocido aún, pero con certeza tiene el potencial de influenciar varios eventos bioquímicos inducidos por el ejercicio y esto podría impactar el rendimiento físico y la recuperación. Si la ciencia del ejercicio nos indica que existe un mecanismo no muscular donde la l-carnitina muestra algunos de sus efectos benéficos al ejercicio, debemos analizar con cautela los estudios que nos indiquen que la l-carnitina no muestra efectos en el rendimiento ya que para los que estamos inmersos en el ejercicio y lo practicamos sabemos lo bien que se puede entrenar cuando los músculos están bien recuperados.