In der Sportmedizin erfolgt die Spiroergometrie, ähnlich wie in der Kardiologie und Pneumologie, in erster Linie zur Objektivierung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit. Zur Messung der VO2max kommen unter Laborbedingungen verschiedene Ergometer zum Einsatz und es werden mit Hilfe portabler Spiroergometriesysteme Untersuchungen unter Trainings- und Wettkampfbedingungen als so genannte Feldtests durchgeführt. Darüber hinaus kann bei Problemen mit der Durchführung einer kontinuierlichen Messung der Ventilationsparameter die Nachatmungsmethode angewandt werden, bei der von der mehrfach in der unmittelbaren Nachbelastungszeit gemessenen VO2 auf die VO2max zurück extrapoliert wird. Das vorrangige Interesse leistungsdiagnostischer Untersuchungen gilt häufig der Ermittlung der maximalen Intensität, mit der Ausdauerbelastungen wie z. B. ein Marathonlauf in einem steady-state absolviert werden können. Diese auch als (individuelle) anaerobe Schwelle bezeichnete Belastungsintensität wird meistens in stufenweise ansteigenden Ergometrien mit mindestens 3-minütiger Stufendauer bestimmt, wobei sich in Deutschland in der Sportpraxis Laktatschwellenmodelle gegenüber den verschiedenen ventilatorischen Schwellenmodellen durchgesetzt haben. Zur Beurteilung der anaeroben Kapazität steht mit der Bestimmung des maximalen akkumulierten O2-Defizits (MAOD) ein Verfahren zur Verfügung, das in wissenschaftlichen Untersuchungen angewandt wird, sich in der Praxis aber nicht bewährt hat. Die Bewegungs- bzw. Laufökonomie, deren Bedeutung für Leistungen im Mittel- und Langstreckenlauf gut belegt ist, kann durch Messung des Energieverbrauchs bzw. der VO2 bei Submaximalbelastung ermittelt werden. Die indirekte Kalorimetrie ermöglicht die Bestimmung des Energieverbrauchs bzw. der fraktionellen Nutzung des Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsels während Belastung.
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