Durch den völligen Verzicht auf Nahrung werden die biochemischen Programme zur Energiegewinnung im Organismus grundlegend geändert. Zur Energiegewinnung zapft der Organismus die Körperdepots an.

Am ersten Fastentag wird zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels Glucose aus den Glykogenspeichern der Leber freigesetzt. Ein konstanter Blutglucosespiegel ist vor allem für das Gehirn lebenswichtig. Nach einigen Stunden sind diese Speicher jedoch erschöpft.
Die Leber kann auch aus Proteinen und Fetten Glucose herstellen, was jedoch lediglich für die Organe geschieht, die Glucose unbedingt benötigen (Gehirn, rote Blutkörperchen, Herz). Die Muskulatur wird dadurch geschont.

Alle übrigen Organe und Gewebe nutzen alternativ die von den Fettzellen ins Blut abgegebenen Fettsäuren als Energielieferanten. Nach ca. 3 Tagen werden von der Leber größere Mengen Ketonkörper aus Fetten hergestellt, die auch von Herz und Gehirn verwendet werden können (sie sind für den Aceton-Atem eines Fastenden verantwortlich). Mit zunehmender Fastenzeit nimmt die Energiegewinnung aus Ketonkörpern für die Organe zu, die sonst auf Glucose angewiesen sind. So werden erhebliche Mengen Protein aus der Muskulatur eingespart und der Organismus bleibt leistungsfähiger. Die in Form von Fetten und Proteinen gespeicherten Reserven reichen für eine 1 – 3 monatige Fastenperiode.

Eine Fastenzeit von weniger als 3 Tagen führt zu keinen großen Stoffwechselveränderungen. Aus diesem Grund ist es ratsam mindestens 5 – 7 Tage zu fasten. In der Regel dauert eine Fastenkur nicht länger als 4 Wochen. Um dem Muskelabbau gezielt entgegen zu wirken, ist eine ausreichende sportliche Betätigung sinnvoll.

Dies sollte nicht durch Hochleistungen geschehen bei denen eine große Kraftanstrengung notwendig ist, sondern durch Ausdauerleistungen.
Durch die erhöhte Produktion von Ketonkörpern während des Fastens, wird die Ausscheidung von Harnsäure über die Niere reduziert, was einen Gichtanfall auslösen kann.
Menschen mit erhöhten Harnsäurewerten sollten daher nicht ohne Aufsicht eines Arztes fasten. Im Zusammenhang mit Fasten wird häufig von der Befreiung von Schlackenstoffen gesprochen. Die Vorstellung von sogenannten Schlacken, die sich im Organismus anreichern, ist weit verbreitet, jedoch wissenschaftlich nicht belegt. Der Körper scheidet Endprodukte des Stoffwechsels komplett aus – über Niere, Darm, Lunge und die Haut.

Beim Fasten kommt es zu hormonellen Veränderungen. Durch den Anstieg der Adrenalin- und Noradrenalinproduktion wird die von Fastenden erlebte Euphorie erklärbar. Fasten bewirkt zudem eine gesteigerte Serotoninaktivität. Serotonin spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des Essverhaltens und fungiert als Appetitzügler. Zusätzlich bewirkt es eine Stimmungsaufhellung.

Die ersten Fastentage sind die schwierigsten. Es können Übelkeit, Reizbarkeit, Kopfschmerzen, Müdigkeit, Muskelschmerzen, Schlaflosigkeit, Hautausschlag, Erbrechen und ein Schwächegefühl auftreten. Diese Symptome sind als sogenannte Fastenkrise bekannt. Nach einigen Tagen fühlt sich der Fastende jedoch leicht und beschwingt. Verdauungsbeschwerden verschwinden. Klares Denken, gesteigerte Konzentrationsfähigkeit und die Freude am Dasein werden erlebt.