Жирные кислоты не могут сами попасть внутрь митохондрий. L-карнитин работает как «челнок»: связывается с ними и проводит через мембрану, где они окисляются и дают энергию. Около 95% карнитина в организме находится в мышцах.
При обычном приёме уровень карнитина в мышцах почти не растёт. Но в исследовании 2 г L-карнитина вместе с 80 г углеводов дважды в день в течение 24 недель повысили запас карнитина в мышцах на 21%. При умеренной нагрузке мышцы тратили меньше гликогена, а работоспособность выросла на 11%.
Форма L-карнитин-L-тартрат изучалась для восстановления: она уменьшала маркеры повреждения мышц после тяжёлых тренировок.