La hipertrofia muscular hace referencia al crecimiento del tamaño de las células musculares, lo que supone un aumento del tamaño de las fibras musculares y, por lo tanto, del músculo. Se suele dar en los músculos de atletas que practican deportes anaeróbicos en los que repiten sucesivamente un mismo ejercicio, como por ejemplo: el culturismo, la halterofilia y el fitness.

Desde el punto de vista metabólico la hipertrofia se puede ver como una síntesis de proteínas, un cese de la degradación o una combinación de ambos procesos. Experimentos realizados con diferentes atletas han mostrado que la síntesis de proteínas crece a un ritmo de 112%, 65% y 34% tras haber pasado 3 horas, 24 y 48 del ejercicio. Por el contrario, en estas pruebas la rotura de enlaces peptídicos (oxidación de proteínas) creció solo a un ritmo de 31%, 18% y 1%.

El transporte de aminoácidos juega un papel muy importante en la síntesis de proteínas, algunos autores han podido comprobar que el transporte de aminoácidos se ve incrementado tres horas tras el ejercicio intenso.

La hipertrofia muscular fisiológica es conseguida con el entrenamiento y la práctica deportiva en el culturismo y deportes en los que se necesita desarrollo muscular. Posee como objetivo el crecimiento del músculo exclusivamente. El método consiste en el levantamiento de pesos focalizando en unos músculos como objetivo, en este caso se ensaya con un peso grande del que se sabe seguro sólo se puede hacer un levantamiento hasta llegar a la completa fatiga muscular, luego se desciende el tamaño del peso hasta que se puedan hacer cuatro repeticiones (4R). Si se repite el entrenamiento 4R durante una temporada los músculos se acondicionan a trabajar a esta intensidad y pronto se pueden hacer repeticiones de 6 o de 8. Si se incrementa el peso para que se vuelva a entrenar a 4R y se continúa haciendo esta operación, el músculo que trabaja empieza a hipertrofiarse.

También existen las denominadas hipertrofia muscular por uso de esteroides y la hipertrofia muscular patológica. La primera, es consecuencia de un estímulo hormonal por el consumo de anabolizantes, con el riesgo de sufrir numerosos efectos secundarios. La segunda se debe a un desarreglo en el propio cuerpo, una patología.  Se produce como signo característico de enfermedades como la hipertrofia ventricular, la estenosis hipertrófica del píloro, en el Síndrome de Kocher, y la miotonía congénita hipertrófica de Thomsen.