Nie sposób też pominąć dobroczynnego wpływu biegania na układ nerwowy i psychikę. Regularny trening pomaga zniwelować negatywne skutki stresu, rozluźnić spięte mięśnie, oderwać się od nużących myśli i zmartwień. Wysiłek wyzwala uwalnianie ważnych neurotransmiterów i białek mających związek z procesem myślenia czy emocjami (np. niedobór serotoniny ma związek z występowaniem stanów depresyjnych). Aktywność fizyczna, w tym bieganie są polecane jako element terapii  różnych form depresji i obniżenia nastroju.

Prowadzenie ruchu z jednoczesnym utrzymywaniem równowagi i skupienia, kontrolowaniem wszystkich kończyn i ich naprzemiennej pracy pozwala na trenowanie i angażowanie obu półkul mózgowych. Zapobiega także nadmiernej lateralizacji czyli dominacji jednej strony ciała. Pobudza to kreatywność, zwiększa zwinność  i równowagę, a pracujący intensywnie mózg wytwarza więcej połączeń nerwowych, co przekłada się na lepszą pamięć, skupienie na wykonywanej czynności, a także pozwala zachować wysoki poziom sprawności umysłowej do późnej starości.

Uprawianie sportu wiąże się też z pokonywaniem własnych barier i ograniczeń, pobijaniem rekordów, a z czasem też współzawodnictwem. Kolejne dokonania- bieg coraz dłużej i dalej czy wygrana w zawodach podnoszą samoocenę i poczucie własnej wartości, wzmacniają psychicznie, a dodatkowe uznanie osób trzecich motywuje do dalszej pracy. Pomaga to przezwyciężyć wiele przeciwności i problemów życia codziennego.

„Euforia biegacza”

Ważnym zjawiskiem związanym z bieganiem jest tzw. euforia biegacza (ang. Runner's High). Za wystąpienie tego stanu odpowiada endorfina czyli produkowany przez organizm hormon z grupy  opioidów. Jego najważniejszym zadaniem jest znoszenie bólu, powodowanie uczucia przyjemności i dobrego nastroju.  Endorfina odkryta w latach 70. XX wieku jest naturalnym odpowiednikiem morfiny. Znanych jest ponad 20 typód endorfin, ale za powodowanie euforycznego stanu wywoływanego bieganiem i innymi aktywnościami fizycznymi podejrzewa się tzw. beta endorfinę.

Beta-endorfina produkowana jest w przysadce mózgowej i podwzgórzu pod wpływem długotrwałego, intensywnego wysiłku, szczególnie w momencie wystąpienia niedoboru tlenowego i przejścia na pracę beztlenową. Powstający w ten sposób ,,dług tlenowy” i swego rodzaju niedotlenienie wywołuje stres organizmu. Odpowiedzią na ten stan jest wzmożona produkcja endorfin, a celem jest złagodzenie bólu, poprawa nastroju i umożliwienie kontynuowania wysiłku (co w przeciwnym wypadku nie byłoby możliwe). Pobudzony umysł przejmuje kontrolę nad zmęczonym ciałem. Stan ten porównywany jest do tego występującego po zażyciu narkotyków (a przez niektórych uważany jes za powód uzależnienia od wysiłku fizycznego), który w skrajnych przypadkach może być bardzo szkodliwy dla organizmu.

Euforia biegacza dotyczy najczęściej maratończyków, ale może wystąpić też w innych dyscyplinach sportu. Część naukowców podważa teorię endorfin, szukając podstaw występowania stanu euforii po dużym wysiłku w psychice. Według nich stan ten jest wywołany radością z pokonania swoich ograniczeń, sprostania wyzwaniu i pokonaniu zmęczenia na rzecz osiągnięcia celu. Inna teoria wiąże występowanie euforii z działaniem fenyloetyloaminy, spokrewnionego z amfetaminą związku chemicznego produkowanego przez organizm, która również wykazuje działanie poprawiające nastrój. Najnowsze badania sugerują związek euforii biegacza z kannabinoidami endogennymi. Dłuższy, średnio intensywny wysiłek powoduje wzrost stężenia anadamidu, który oddziaływując na receptory kannabinoidowe w mózgu powoduje efekty podobne do tych występujących po przyjęciu THC (tetrahydrokannabinolu), zawartego w marihuanie.

Euforia biegacza jest przedmiotem wielu badań, które są utrudnione ze względu na to, że nie zawsze ten stan występuje. Bez względu na to jaki czynnik chemiczny rzeczywiście go wywołuje, pewnym jest że prowadzi do tego wzmożona aktywność fizyczna. Osiągnięcie tego stanu jest uważane przez biegaczy za swoistą nagrodę za podjęty trud treningu.