許多研究證實了攝入咖啡因對長期活動表現的正面影響，在這些活動中，有氧代謝占主導地位。相比之下，文獻中關於咖啡因攝入量對高強度和短時間活動表現影響的數據仍然很少，而且經常相互矛盾。2020年Crit Rev Food Sci Nutr的統合分析，針對咖啡因與肌肉適能的關連性作了完整的探討。在無氧運動之前補充咖啡因，已被迅速作為一種增補劑以延遲疲勞，從而提高運動表現。攝入咖啡因後，個人可能會暫時感覺更有適應力且更有競爭力，相信他們可以在疲勞開始之前進行更長時間的活動。咖啡因對中樞神經有刺激作用，因為通過對腺苷受體的拮抗作用以減少大腦中腺苷信號的特性。反過來，腺苷是一種神經傳遞物質，它通過抑制其他幾種神經遞質的釋放來產生鎮靜作用。其他理論指出，咖啡因可能通過增加兒茶酚胺的釋放和活性來刺激交感神經系統，或者咖啡因對骨骼肌產生影響，促進其興奮-收縮耦合。此外，補充咖啡因可以通過更大程度地活化運動單位、增加肌漿網中鈣的釋放和一氧化氮峰值濃度來增加力量輸出。
大多數評估研究應用1-RM來定義在實驗測試期間將執行的百分比強度，以通過多次重複測量肌肉耐力。1-RM測試是用於評估最大強度的方法。主要發現補充咖啡因可提高肌肉耐力，觀察到，與接受安慰劑的人相比，接受咖啡因補充的人在臥推練習中的重複次數顯著增加，直至力竭。然而，在評估咖啡因攝入與腿推舉練習中的重複次數直到力竭時，就沒有觀察到差異。所有參與臥推練習直到力竭的人都接受了訓練，但並不是每個人都有力量訓練的經驗，並且在實驗方案中，每個人接受了3至6毫克/公斤的咖啡因。另一方面，儘管訓練程度不同，但所有參與腿部推舉訓練直至力竭的人都有力量訓練的經驗，並且在實驗方案中接受了4至6毫克/公斤的咖啡因。通過對 1-RM臥推和腿推測試的統合分析觀察到，僅上半身的最大力量及肌肉耐力存在顯著差異。
在急性咖啡因攝入對高強度和短時間運動表現的影響的系統回顧發現，通過增加完成的重複次數，咖啡因更有可能在阻力訓練期間提高肌肉耐力，而不是肌肉力量。而且在服用咖啡因後表現顯著提高的個體中有66%是咖啡因的相對重度使用者，每日攝入量超過225毫克。同時，在研究中表現不佳的個體每天攝入的咖啡因少於150毫克。
文獻表示補充咖啡因的假說認為有益效果是它作為腺苷受體的拮抗劑，可以增加神經傳遞物質的釋放以及神經放電率，這兩者都可能導致肌肉活動和力量增加。另一個必須考慮的事實是，由於在測試前的科學研究中通常需要咖啡因戒斷，因此有一種假設是，在大量咖啡因使用者中，安慰劑組的戒斷症狀，例如頭痛和嗜睡，導致與對照組相比表現降低。因此，通過逆轉咖啡因的戒斷，咖啡因的增肌作用可能更依賴於情緒的變化。
一些研究表示，在上肢和下肢進行的運動中補充咖啡因會產生不同的反應，在評估文獻中廣泛使用的臥推和腿部推舉練習的測試時，只能觀察到補充咖啡因對上肢的顯著影響。與臥推運動相比，可能因為它需要更多的肌肉徵召，腿部推舉運動需要更高劑量的咖啡因來產生肌肉力量的正面作用。相比之下，除了降低自覺疲勞程度和腺苷對神經傳遞、興奮和疼痛感知的中樞作用外，較大的肌肉比較小的肌肉具有更高的吸收咖啡因攝入量的運動單位的能力。因此，不同的運動方案、訓練狀態、咖啡因劑量、個體性別、習慣性咖啡因攝入量和努力強度似乎都會影響結果。然而，咖啡因似乎是提高上肢肌肉耐力和最大力量的有效補充劑，需要進一步研究以分離不同的變量，以就咖啡因補充劑對下半身的效果達成共識。
咖啡因作為腺苷受體拮抗劑的作用機制導致兒茶酚胺的釋放，如腎上腺素和去甲腎上腺素，其具有增加警覺性和降低自覺疲勞的作用。但在這篇統合分析中，當補充咖啡因進行臥推和腿舉練習時，補充咖啡因並沒有顯示出對自覺疲勞的積極影響。但2005年進行的一項統合分析表示，與安慰劑相比，咖啡因攝入量可以將次最大強度和有氧運動中的自覺疲勞平均降低5.6%，在運動表現的部分增加了29%的差異。2018年的統合分析也表示咖啡因對次最大強度運動的自覺疲勞有抑制的作用。
而另一篇Sport medicine在2020年的文獻表示，在阻力運動表現來看，咖啡因對運動速度具有最顯著的表現增強作用。
結論：
1. 咖啡因似乎是提高上肢肌肉耐力和最大力量的有效補充劑。
2. 咖啡因對於下肢的訓練影響不大，可能是肌肉量較上肢大所以劑量不足？
3. 對於自覺疲勞的影響，在有氧運動的部分較明顯，同時可以大量增加運動表現。
4. 咖啡因對阻力運動的運動速度有明顯的增強作用。
5. 不同的運動方案、訓練狀態、咖啡因劑量、個體性別、習慣性咖啡因攝入量和努力強度似乎都會影響結果。
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