ヒトは食物から摂取した栄養素が呼吸によって取り込んだ酸素と反応し、化学的エネルギーと二酸化炭素を産生します。したがって栄養素と反応した酸素量とそれに伴う二酸化炭素の産生量を把握することができればエネルギー消費量を求めることができます。

一般的に各栄養素1gあたりに保有される熱エネルギーは、炭水化物で4kcal、脂肪で9kcal、たんぱく質で4kcalと考えられています。炭水化物と脂肪は最終的に二酸化炭素と水にまで分解され、たんぱく質は尿中窒素にまで分解されますから、呼吸による呼気中の酸素および二酸化炭素の濃度と容積および尿中窒素量を測定してエネルギー消費量を求めます。大気中の酸素濃度は20.93%、二酸化炭素濃度は0.04%であることがあらかじめわかっているため、大気中のものに対して呼気中の酸素濃度がどのくらい減少し、二酸化炭素濃度がどのくらい増加したかを分析します。

また呼気量（容積）は専用のガスメーターを用いて計測しますが、その際、気体の体積(V)は圧力(P)に反比例し、絶対温度(T)に比例するというボイル・シャルルの法則に基づいて、呼気のガス温度・大気圧など正確に計測しておく必要があります。
なおたんぱく質の摂取エネルギーに占める割合は比較的安定しているため、直接的に尿中窒素量を測定するケースは少なく、たんぱく質分のエネルギー消費量を考慮した換算式（Weirの式）からエネルギー消費量を算出することが一般的です。

（最終更新日：2019年7月30日）