Sporta biomehānikas izpētes objekts ir sportistu kustību un pielikto spēku efektivitātes novērtēšana izvirzītā kustības uzdevuma sasniegšanai. Galvenais zinātniski metodiskais uzdevums ir augstas klases sportistu sagatavošana, sporta tehnikas, taktikas un sportistu fiziskās sagatavotības biomehāniskā kontrole.

Sporta biomehānika ir vispārīgās biomehānikas daļa. Biomehānika ir zinātne, kura pētī bioloģisko audu un sistēmu mehāniskās īpašības un kustību likumsakarības, mehāniskos procesus dzīvās sistēmās. Biomehānika risina problēmas, kas kopīgas mehānikai, bioloģijai, medicīnai. Vispārīgās biomehānikas izpētes priekšmets ir cilvēka balsta kustību sistēma, tās struktūrelementu mehāniskās un biomehāniskās īpašības. Cilvēka kustības nav tikai ķermeņa un ķermeņa daļu mehānisku kustību kopums. Tā ir apzināta darbība, kurai ir konkrēts mērķis un noteikts saturs.

Kustību izpēte sporta biomehānikā vērsta uz jaunu, par iepriekšējiem racionālāku kustību izpildes paņēmienu izstrādi un to mācīšanu, lai pilnveidotu sportistu tehnisko un taktisko meistarību. Sporta tehnikas biomehāniskais pamatojums nav tikai tehnikas mērīšana, novērtēšana, bet arī tās izskaidrošana, cēloņu un seku mijsakarību izpēte, tehnikas nākotnes modeļu izstrādāšana un sporta sasniegumu prognozēšana, tehnikas apguves procesa vadīšana un izpildes līmeņa operatīva un objektīva kontrolēšana. Nepietiek tikai zināt, kas nepieciešams, lai sasniegtu augstu rezultātu. Jāprot to sasniegt, jāspēj vadīt sportista tehniskās un fiziskās sagatavošanas procesu. Tā kā kustību realizācija atkarīga no cilvēka ķermeņa, t. i., ķermeņa uzbūves rādītājiem, balsta kustību sistēmas stāvokļa un tās mehāniskajām īpašībām, fiziskās sagatavotības līmeņa un struktūras, vecuma, dzimuma, trenētības līmeņa, sporta biomehānika pētī arī pašus sportistus, novērtējot viņu piemērotību un potenciālās iespējas dažādos sporta veidos.

Sporta biomehānikas specifika saistīta ar to, ka tā pēta kustības, kuras cilvēks izpilda, maksimāli mobilizējot savas fiziskās un garīgās spējas. Izpildītāji parasti ir īpaši apdāvināti cilvēki, kuri izgājuši daudzgadu speciālu sagatavotību un ir motivēti visaugstāko sasniegumu demonstrēšanai. Sporta biomehānikai ir unikālas iespējas pētīt vissarežģītākās un ekstremālos un maksimālas psiholoģiskas spriedzes apstākļos izpildītas kustības, tāpēc iegūtajiem rezultātiem ir īpaša zinātniska vērtība, ko nevar iegūt, pētot cilvēku ikdienas kustības. Sporta biomehānika dod savu ieguldījumu zinātnē par cilvēku, sporta teorijā un praksē.

No mehānikas un matemātikas viedokļa sportistu kustības kā izpētes objekts ir sarežģītas. Tam ir trīs galvenie iemesli: cilvēka balsta kustību sistēma ir sarežģīta; cilvēka kustības pakļautas ne tikai mehānikas, bet arī bioloģijas likumiem; kustības ietekmē cilvēka psihiskā darbība. Kustību daudzveidība tiek sasniegta, pateicoties īpašai kustību sistēmas uzbūvei. Cilvēka ķermenis ir daudzposmu sistēma, kuras pamats ir locītavās kustīgi savienotu kaulu skelets. Tajā ir 240 brīvības pakāpes, ko apkalpo 430 muskuļi. Lai veiktu kustību analīzi, jāfiksē trajektorijas, jānosaka ķermeņa un ķermeņa daļu ātrums un paātrinājums, jāizmēra spēks, kas pielikts sporta rīkiem, balstam vai apkārtējai videi. Tas jāizdara ar augstu precizitāti un tā, lai netraucētu to izpildei, tāpēc sporta biomehānikā tiek plaši lietotas vismodernākās mūsdienu metodikas: stereofotogrammetriskās, optiski elektroniskās, lāzera, telemetriskās un citas. Iegūto datu apstrādē plaši tiek izmantota datortehnika un speciāli izstrādāts programnodrošinājums.

Sporta biomehāniku iedala vispārīgajā, diferenciālajā un sporta veidu biomehānikā. Vispārīgā galvenokārt risina teorētiskas problēmas. Tās izpētes priekšmets ir cilvēka balsta kustību sistēma, muskuļu darbības biodinamika atkarībā no kustības veida un tās uzdevuma, sporta traumatisms, fiziskās sagatavotības (fizisko īpašību) biomehāniskie aspekti. Lai noskaidrotu kustību organizācijas biomehāniskos principus, mehāniskos un biomehāniskos pamatus, kopīgo un atšķirīgo, daudzveidīgās cilvēku kustības iedala četrās grupās: kustības uz vietas, rotācijas kustības, pārvietošanās kustības (lokomocijas) un pārvietošanas kustības. Kustības uz vietas raksturo nemainīgs balsts un līdzsvara saglabāšana. Locītavu kustības – rotācijas kustības. Daudzi sporta veidi ietver ķermeņa daļu vai visa ķermeņa rotācijas kustības. Iešana, skriešana, peldēšana, slēpošana, riteņbraukšana – pārvietošanās kustības. Par pārvietošanas kustībām biomehānikā sauc kustības, kuru uzdevums ir kāda ķermeņa pārvietošana: smagumu celšana, sporta rīku mešana. Diferenciālā biomehānika pētī cilvēku kustību iespējas atkarībā no vecuma, dzimuma, trenētības un sporta kvalifikācijas līmeņa, izstrādā sporta atlases un sporta sasniegumu prognozēšanas teoriju. Sporta veidu biomehānika apskata konkrētus tehniskās un taktiskās sagatavotības jautājumus atsevišķos sporta veidos un sporta veidu grupās – ziemas sporta veidos, ūdens sporta veidos, lēcienos, sporta spēlēs. 

Sporta kustību izpētes metodoloģija balstās uz sistēmiski strukturālo pieeju. Cilvēka ķermenis tiek apskatīts kā kustīga, sarežģīta pašregulējoša sistēma, bet izpildītās darbības kā mainīgas kustību sistēmas, kur katrai kustību sistēmai ir noteikts sastāvs un struktūra. Sporta biomehānikas metode – sistēmiskā analīze un sistēmiskā sintēze.

Jebkurā sarežģītā cilvēka motorā darbībā (kustību sistēmā) ir liels skaits elementāru kustību. Ar mūsdienu instrumentālajām pētniecības metodēm var izmērīt šo daļu, elementu vērtības, noteikt vērtību izmaiņas kustības izpildes gaitā. Kustības elementus var sadalīt tādos, kas izmainās laikā (kustības daļas, fāzes), un tādos, kas izmainās telpā, piem., locītavu kustības. Sīkās kustības fāzes var apvienot lielākās, atsevišķus kustības elementus apvienot grupās. Kustību sistēmu var sadalīt apakšsistēmās, apakšsistēmas – zemāka līmeņa apakšsistēmās. Kustību sistēmas sastāva un organizatoriskās struktūras noteikšana ir kustību analīzes un uz tās balstītās analītisko kustību mācīšanas metožu neatņemama sastāvdaļa. Attiecīgās motorās darbības apgūšanai nepieciešamo palīgvingrinājumu, imitācijas vingrinājumu izstrādāšana nav iespējama bez kustības sastāva noteikšanas.

Kustību sistēma kā veselums nav vienkārša tās sastāvdaļu summa. Kustību sistēmas daļas, fāzes ir savstarpēji saistītas. Šīs saites nav haotiskas, bet likumsakarīgas, t. i., kustību sistēmai ir noteikta struktūra. Sarežģītai kustībai ir daudzstruktūru raksturs. Analizējot kustības kinemātiskās īpatnības, nosaka tās kinemātisko struktūru – ķermeņa un tā daļu ātrumu, paātrinājumu, trajektorijas, kustības daļu, fāžu laika attiecības, atkārtošanās biežumu un citas pazīmes. Kinemātiskā struktūra neatspoguļo tikai kustības sastāvu un kinemātiskos raksturlielumus, bet arī to savstarpējo sakarību. Pētot kustības dinamiskās likumsakarības, analizē kustību sistēmas dinamisko struktūru – virzošos un pretestības spēkus. Kustību sistēmas kinemātiskā un dinamiskā struktūra ir cieši saistīta. Šo saistību raksturo sistēmas ritmiskā struktūra. Ritmiskā struktūra raksturo kustības apguves līmeni, sportista tehnisko meistarību. Pētot ķermeņa daļu, muskuļu grupu darbību fiziskā vingrinājuma izpildes laikā, nosaka kustību sistēmas anatomisko struktūru. Kustību vadīšanā piedalās dažādi sajūtu orgāni, tāpēc attiecīgu kinestēzisko sajūtu izveidošana ir būtisks kustību apgūšanas nosacījums. Šajā gadījumā runā par kustību sistēmas sensoro struktūru. Visas minētās struktūras parādās kā atsevišķas, savstarpēji saistītas kustību sistēmas struktūras daļas. Tās atspoguļojas cilvēka apziņā kā motorās darbības psiholoģiskā struktūra, kā priekšstati par motorās darbības dažādiem aspektiem.

Kustību sistēmai ir dinamisks raksturs. Tās attīstība notiek pedagoga vai trenera vadībā, aktīvi šajā procesā piedaloties sportistam. Tāpēc kustību sistēmas attīstības procesā var izdalīt vairākas objektīvas tendences: integrāciju un diferenciāciju, stabilizāciju un mainīgumu, standartizāciju un individualizāciju. Par integrācijas procesu kustību sistēmā liecina tas, ka, paaugstinoties sportista meistarībai, kustības daļas un elementi saplūst vienā nepārtrauktā darbībā, kurā visas kustības vērstas uz vienu mērķi – kustības uzdevuma izpildi. Kustības komponenti, apvienojoties vienā veselumā, mainās paši, izmainās sistēma kopumā, tajā parādās jaunas, nebijušas īpašības – palielinās ātrums, uzlabojas precizitāte, pieaug spēks. Vienlaikus kustību sistēmā notiek diferenciācijas process – sportists arvien labāk spēj diferencēt kustības vissīkākās detaļas, izprast to nozīmi un regulēt to izpildi. Parādās vēl viena raksturīga diferenciācijas izpausme – kustību daļu nosacīta patstāvība, autonomija, spēja vienlaikus izpildīt tieši nesaistītas kustības.

Kustības uzdevuma nosacījumu izpildei nepieciešama precīza visu kustības raksturlielumu atkārtota demonstrēšana nemainīgos (standarta) vai mainīgos apstākļos. Daudzkārt atkārtojot vienu un to pašu kustības uzdevumu, kustības rādītāji mainās, tāpēc ir svarīga kustību sistēmas stabilizācija, t. i., kustības raksturlielumu nemainīguma un noturības paaugstināšana pret novirzes izraisošiem faktoriem. Izpildot motoro darbību mainīgos sacensību apstākļos, mainoties sportista stāvoklim (trenētībai, nogurumam), noviržu lielums palielinās, pieaug kustības rādītāju vērtību izkliede, samazinās izpildes stabilitāte. Biomehānisko raksturlielumu variēšana ir likumsakarīgs process, bez tā nebūtu iespējams nodrošināt sistēmas stabilitāti, noturību mainīgos izpildes apstākļos. Motoro darbību mācīšanas un kontroles process nevar būt pilnvērtīgs, ja nav zināmas kustības būtisko raksturlielumu variēšanas pieļaujamās robežas, cēloņi, kas izraisa biomehānisko raksturlielumu izmaiņas, un paņēmieni, kā šīs novirzes koriģēt.

Sporta veidu tehnika evolucionē, iepriekšējos paņēmienus nomaina jauni, racionālāki. To sekmē pieaugošais zināšanu apjoms, kas ļauj teorētiski dziļāk pamatot kustības uzdevuma realizēšanas paņēmienus, paaugstināt sportistu fiziskās iespējas. Tāpēc katram laikam ir sava ”mūsdienu” tehnika, tehnikas ideāls, tehnikas standarts. Sportisti cenšas šo standartu apgūt. Sporta tehnikas standartizācija vērsta uz to, lai nodrošinātu racionālā varianta vienādu izpratni un apgūšanu. Visi cilvēki atšķiras cits no cita ar morfoloģiskajām un funkcionālajām īpatnībām. Tiem ir dažāds augums, svars, ķermeņa daļu garums, atšķirīgs muskuļu spēks un citi rādītāji. Tas nozīmē, ka nepieciešama arī atbilstoša sporta tehnikas individualizācija. Pretrunu starp tehnikas standartizāciju un individualizāciju izdodas novērst, pirmkārt, orientējot uz attiecīgo sporta veidu cilvēkus ar noteiktiem ķermeņa uzbūves rādītājiem (ķermeņa izmēriem, proporcijām un konstitucionālajām īpatnībām jeb ķermeņa daļu ģeometriskajām atšķirībām), atbilstošu fiziskās sagatavotības līmeni un fiziskās sagatavotības struktūru (spēku, ātrumu, izturību un citām īpašībām), otrkārt, saprotot, ka standartizēti tiek sporta tehnikas pamati un standartizācija neizslēdz atsevišķu tehnikas rādītāju individualizāciju. Visu nosaka tehnikas standartizācijas un individualizācijas mērs, pakāpe.

Par patstāvīgu zinātni sporta biomehānika izveidojās 20. gs., taču pirmie pētījumi veikti jau pirms vairākiem gadsimtiem. Dzīvu objektu kustību mehānikas pamati noformulēti jau 17. gs. grāmatā ”Par dzīvnieku kustībām” (De Motu Animalum), ko 1679. gadā sarakstījis itāļu ārsts, matemātiķis un fiziķis Džovanni Alfonso Borelli (Giovanni Alfonso Borelli). Sistemātiska cilvēka kustību izpēte sākās 19. gs. Īpaši liela nozīme kustību biomehānikas attīstībā bija momentfotogrāfijas izgudrošanai un ieviešanai zinātniskās pētniecības darbā 19. gs. vidū. Fotogrāfija deva iespēju ”apturēt un ieraudzīt” kustību, fiksēt ķermeņa un ķermeņa daļu stāvokli dažādos kustības momentos. Fotogrammetrisko pētījumu galvenais uzdevums bija iegūt ātrus un precīzus kustības secīgo stāvokļu (fāžu) fotopierakstus – hronofotogrammas. Vēlāk tās nomainīja ciklogrammas – atsevišķu ķermeņa punktu vai līniju kustības fiksēšana. Tādējādi bija iespēja ievērojami palielināt fiksēto kustības fāžu skaitu laika vienībā. Attīstoties citām zinātnēm un parādoties arvien jaunākām un precīzākām kustību mērīšanas tehnoloģijām, paaugstinājās arī pētījumu līmenis sporta biomehānikā.

Cilvēka kustību pētīšanu veicinājuši atklājumi citās zinātnēs: bioloģijā, fizioloģijā, mehānikā, matemātikā, kā arī sasniegumi tehnoloģiju jomā. Biomehānikas kā zinātnes izveidošanos visvairāk sekmējusi mehānikas attīstība, jo teorētiskajā mehānikā formulētie mehāniskās kustības likumi piemērojami arī dzīvu ķermeņu kustību analīzē. Matemātikas izmantošana sporta biomehānikā nav saistīta tikai ar mērījumu datu statistisko apstrādi. Tā ir arī patstāvīga kustību pētīšanas metode, piemēram, veicot sporta tehnikas matemātisko modelēšanu. No bioloģijas zinātnēm biomehānikā visplašāk tiek izmantotas anatomijas un fizioloģijas atziņas. Balstoties uz šīm zinātnēm, sporta biomehānikā vēsturiski izveidojušies attiecīgi attīstības virzieni: mehāniskais, funkcionāli anatomiskais un fizioloģiskais. Mehāniskais virziens, kurš sākās ar Galileo Galileja (Galileo Galilei), Īzaka Ņūtona (Isaac Newton), Dž. A. Borelli darbiem, pētī kustību izmaiņas pielikto spēku ietekmē, pamato mehānikas likumu izmantošanu dzīvo sistēmu kustību izpētē. Funkcionāli anatomiskais virziens kustību analīzes pamatā izvirza locītavu un muskuļu darbību. Šis virziens strauji attīstījās, kad muskuļu darbības izpētē sāka izmantot elektromiogrāfijas metodi – muskuļu elektriskās aktivitātes reģistrēšanu kustības izpildes laikā. Fizioloģiskais virziens kustību izpēti saista ar cilvēka nervu sistēmas darbību, meklējot atbildes uz jautājumu, kā notiek kustību vadīšana. Aktualitāti nav zaudējusi neirofiziologa un biomehāniķa Nikolaja Bernšteina (Николай Бернштейн) pazīstamā frāze – biomehānika ir ceļš uz smadzeņu darbības izpēti. N. Bernšteina neirofizioloģiskās koncepcijas ir mūsdienu bioloģisko sistēmu vadības un regulācijas procesu biomehānikas pamatā. Sporta biomehānikas bioloģiskā daļa gandrīz pilnīgi ir fizioloģiska, plaši tiek izmantotas fizioloģijas metodes un likumsakarības.

Sporta attīstība pasaulē, jo īpaši olimpiskās spēles, veicina sporta zinātnes un arī sporta biomehānikas attīstību. Viens no visizplatītākajiem virzieniem sporta biomehānikā saistīts ar fizisko vingrinājumu izpildes tehnikas izpēti, racionālo variantu izstrādāšanu un izpildes efektivitātes novērtēšanu. Visbiežāk fizisko vingrinājumu tehniku un sportistu tehniskās meistarības novērtēšanu veic ar kinemātisko, dinamisko un elektrofizioloģisko kustības raksturlielumu biomehāniskās analīzes metodi, izmantojot dažādas kustību reģistrācijas (optiski elektroniskās, mehāniski elektriskās, elektrofizioloģiskās), loģiski statistiskās, mehāniski matemātiskās un sistēmiskās metodes. Katrai metodei ir savas priekšrocības un ierobežojumi, tāpēc arvien plašāk sporta tehnikas pētīšanā izmanto integratīvo pieeju, vienā pētījumā izmantojot kompleksas kustību reģistrācijas, datu apstrādes, analīzes un interpretācijas metodes. Mūsdienu sporta biomehānikā īpaša vieta ir metodēm, kas balstās uz sistēmiskuma principiem, idejām par kustību daudzlīmeņu vadīšanas sistēmu un cilvēka kustību blokveida uzbūvi – pieņēmumu, ka daudzposmu sistēmā ķermeņa daļas var apvienot attiecīgās apakšsistēmās (kinemātiskos mehānismos, biomehānismos), kas var darboties neatkarīgi cita no citas vai vienlaicīgi, nodrošinot kustības kopējā mērķa sasniegšanu. Katra šāda mehānisma realizācija ir atkarīga no indivīda balsta kustību sistēmas uzbūves un muskuļu biomehāniskajām īpašībām. Nosacīti neatkarīgie mehānismi kļūst atkarīgi cits no cita, realizējot noteiktu darbību – lēcienu, metienu vai sitienu. Piemēram, rezultātu lēcienos no ieskrējiena nosaka trīs galveno kinemātisko mehānismu ieguldījums: atbalsta kājas un ķermeņa iztaisnošana (pretējos virzienos vērsta locītavu darbība), brīvo ķermeņa daļu (vēziena posmu) un apgrieztā svārsta mehānisma darbība, atspēriena laikā sportista ķermenim pagriežoties ap iztaisnotu kāju galvenās kustības virzienā.

Mūsdienu sporta biomehānikas interešu loks ir daudzveidīgs. Pētījumu koordinēšanu un informācijas apmaiņu, starptautisko simpoziju un kongresu organizēšanu pasaulē un Eiropā nodrošina Starptautiskā Biomehānikas biedrība (International Society of Biomechanics), Eiropas Biomehānikas biedrība (European Society of biomechanics) un Starptautiskā Sporta biomehānikas biedrība (International Society of Biomechanics in Sports). Nacionālā līmenī to organizē valstu biomehānikas biedrības vai asociācijas, piemēram, Amerikas Biomehānikas biedrība (American Society of Biomechanics).

Pazīstamākie periodiskie izdevumi: Journal of Biomechanics (no 1968. gada, izdod Amerikas Biomehānikas biedrība un Eiropas biomehānikas biedrība), Journal of Applied Biomechanics (no 1994. gada, izdod Starptautiskā Biomehānikas biedrība), Sports Biomechanics (no 2002. gada, izdod Starptautiskā Sporta biomehānikas biedrība). Žurnālos publicēto rakstu tematika ir plaša: oriģināli pētījumi, analītiski apskati, raksti, kas veltīti sporta ekipējuma, sporta treniņu un sporta sasniegumu paaugstināšanas, sportistu traumatisma un rehabilitācijas, kustību mērīšanas, datu apstrādes un analīzes, muskuļu darbības, sporta tehnikas modelēšanas un simulācijas un citiem ar sporta praksi un teoriju saistītiem jautājumiem.

Sporta biomehānikas teoriju, kuras pamatā ir pētījumi, ko biomehānikā, neirofizioloģijā, motorās kontroles jomā veikuši Arčibalds Hills (Achibald Hill), Voless Fenns (Wallace Fenn), Nikolajs Bernšteins un citi, turpina attīstīt mūsdienu sporta biomehāniķi. Džeimss Heijs (James Hay) – pasaulē populārākās sporta biomehānikas mācību grāmatas autors – veicis klasiskus pētījumus kustību biomehāniskās analīzes jomā; Pāvo Komi (Paavo Komi) ir nozīmīgi pētījumi sporta veidu biomehānikā, muskuļu saraušanās biodinamikā. Vladimiram Zaciorskim (Владимир Зациорский) ir nozīmīgi pētījumi fizisko īpašību teorijā. Viņš izstrādājis metodiku masu inertuma rādītāju iegūšanai no dzīva cilvēka, ir daudzu biomehānikas grāmatu autors.