解剖学的な観点から見ると、腕立て伏せの主動作筋となるのは胸部の大部分を占める大胸筋と、二の腕の裏側に位置する上腕三頭筋である。正しいフォームで行うことで、これらの筋肉群には持続的な張力が加わり、初期の数ヶ月間において顕著な引き締め効果と容積の増加が観察される。
しかし、自重トレーニングによる筋肥大には必然的に限界が存在する。自分の体重という一定の負荷に筋肉が慣れてしまうと、成長の停滞期（プラトー）が訪れる。さらなる筋肥大を追求する場合、足の位置を高くするデクライン・プッシュアップや、負荷を調整するプログレッション（漸進的過負荷）の導入が不可欠となる。
