Net als vandaag waren de deelnemers aan de internationale wedstrijden in de Oudheid professioneel met hun sport bezig. Om hun kansen op de overwinning te vergroten, trainden ze intensief in het gymnasion, onder toezicht van een professionele trainer. Zonder deze harde trainingen en veel zelf-discipline konden de atleten niet slagen in het internationale circuit.

De atleten deden zowel spierversterkende als technische oefeningen. Voor de spierversterkende oefeningen gebruikten ze halters. Deze gewichtjes waren bedoeld voor het verspringen, maar werden ook bij andere oefeningen in de hand konden worden gehouden om de armen en schouders te ontwikkelen. Met zwaardere gewichten deed men ook aan gewichtheffen. Volgens een inscriptie hield de gewichtheffer Bubon een steen van 143 kg boven zijn hoofd met één hand en gooide hem weg.

Ook de techniek van de sporten moest geoefend worden. Boksers konden schaduwboksen en tegen een zandzak slaan als oefening. Pankratiasten gebruikten een zwaardere zandzak, waar je ook tegen kon stampen. Worstelaars zochten sparring-partners in het gymnasion. In Egypte is zelfs een fragmentje van een worstelhandboek op papyrus gevonden.

Professionele atleten volgden een vast trainingsschema, dat in de loop der eeuwen aan modeverschijnselen onderhevig was. Rond 200 n.C. werkten verschillende trainers met de tetradenmethode: een strikt schema van vier dagen waarbij men de eerste dag voorbereidende oefeningen deed, de tweede dag zeer zwaar trainde, de derde dag rust nam en de vierde dag gematigde inspanningen deed. In Olympia was men beducht voor vreemde trainingsmethoden. De hellanodikai bepaalden hoe de atleten trainden tijdens de maand verplichte voorbereiding.

Eenzijdige en intensieve trainingen zorgden voor karakteristieke atleten zoals lopers met ontwikkelde beenspieren, maar smalle schouders, of vechters met een breed bovenlijf maar dunne beentjes. De arts Galenus bekritiseert deze eenzijdige trainingen: het balspel is volgens hem een veelzijdigere en gezondere oefening.