O efeito da L-Carnitina surge ligado ao aumento da combustão de gordura, como forma de obter energia. Ao intervir no metabolismo das gorduras, promove o gasto do tecido adiposo acumulado.

Para surtir efeito, deve ser utilizada em conjunto com a prática de exercício físico, já que a sua ação é estimulada pela atividade física, traduzindo-se no aumento da quantidade de massa gorda utilizada como fonte energética durante o esforço.

Uma vez que tem ação no aumento da utilização de gordura pelas mitocôndrias musculares, promove o aumento da produção de energia pelo músculo, atrasando o aparecimento da sensação de fadiga, optimizando o treino.

Em atletas de endurance, o aumento da oxidação de gordura por meio da toma de L-carnitina é benéfico, uma vez que níveis de carnitina aumentados permitem diminuir a glicólise muscular, aumentando as reservas de glicogénio muscular, o que leva ao melhoramento da capacidade de resistência. Tem efeito na diminuição da produção de dióxido de carbono e da concentração de lactato e piruvato no sangue, diminuindo a fadiga. Há estudos que apontam para um aumento do VO2 máximo através da suplementação com L-carnitina.

Para além de atrasar a fadiga, parece potenciar o descanso, sendo um auxiliador no processo de recuperação entre treinos.

Por ter efeito no aumento da oxigenação dos tecidos cardíacos, a toma da L-carnitina parece ser benéfica em alguns tipos de problemas cardiovasculares.