糖是人体最经济、最直接的主要能源物质。它以糖原的形式储存于骨骼肌和肝脏。由于体内的糖储备有限，在运动时如因大量消耗而没有补充，肌肉就会乏力，运动能力也随之下降。另一方面因大脑90%以上的供能来自血糖，血糖的下降将会使大脑对运动的调节能力减弱，并产生疲劳感。
因此科学配方的运动饮料中必需含有一定量的糖才能达到补充能量的作用。比较好的运动饮料以低聚糖为主，由3~10个单糖组合而成的低聚麦芽糖具有独到之处，它渗透压低、甜度低、口感好、胰岛素反应低，有利于补充血糖，使大脑和肌肉在运动时不断吸收糖，从而提高耐力，延缓疲劳并加速运动后的恢复。最新的研究结果表明，低聚糖饮料还有利于降低运动中血乳酸水平，增加肌肉力量和做功量。此外，运动饮料中的糖还有改善口感、刺激饮料摄入量、提高饮料吸收率的作用。
适量的电解质
运动引起的出汗导致钾、钠等电解质大量丢失，从而引起身体乏力，甚至抽筋，导致运动能力下降。而饮料中的钠、钾不仅有助于补充汗液中丢失的钠、钾，还有助于水在血管中的停留，使机体得到更充足的水分。如果饮料中的电解质含量太低，则起不到补充的效果；若太高，则会增加饮料的渗透压，引起胃肠的不适，并使饮料中的水分不能尽快被机体吸收。
低渗透压
人体血液的渗透压范围为280~320毫渗当量/升，相当于0.9%的氯化钠溶液或5%的葡糖糖溶液。要使饮料中的水及其它营养成分尽快通过胃，并充分被吸收，饮料的渗透压要比血浆渗透压低，即低渗饮料，而饮料中所含糖和电解质的种类和量是饮料渗透压的直接决定者。营养丰富的运动饮料即使含有多种糖、无机盐等，仍能保持低渗透压。
无碳酸气、无咖啡因、无酒精
碳酸气会引起胃部的胀气和不适，如果过快大量饮用碳酸饮料，有可能引起胃痉挛甚至呕吐等症状；咖啡因和酒精有一定的利尿、脱水的作用，会进一步加重体液的流失。此外，二者还对中枢神经有刺激作用，不利于疲劳的恢复。
有些具有专业设计水准的运动饮料还会考虑增加其它附加成分，如B族维生素，可以促进能量代谢；维生素C则用以清除自由基，减少其对机体的伤害，延缓疲劳的发生；适量的牛磺酸和肌醇，可以促进蛋白质的合成，防止蛋白质的分解，调节新陈代谢，加速疲劳的消除等等。
