Il quoziente respiratorio (QR), noto anche con la sigla inglese RER (Respiratory Exchange Rate), è il rapporto fra volume di anidride carbonica (CO2) espirata e volume di ossigeno (O2) inspirato. Quindi 
Il volume è espresso in Litri/minuto. La misurazione di questo valore si esegue con un apparecchio (metabolimetro o analizzatore di gas respiratori) dotato di un boccaglio nel quale il soggetto respira per tutta la durata del test e che è in grado di misurare l’O2, la CO2 e l’acqua (H2O), sia in entrata (inspirati) che uscita (espirati). La misurazione dei gas inspirati ed espirati riveste grande importanza, perché permette di stabilire che tipo di combustibile (grassi, glicogeno o proteine) il soggetto sta bruciando in un determinato momento. Se si esegue la misura su un soggetto a riposo, il rapporto fra VCO2 e VO2 risulterà pari a circa 0.79. Se invece si misura il QR in un atleta durante la corsa dei 400 metri piani, il valore ottenuto sarà prossimo ad 0.97. Se si compie la stessa misurazione nell’ultima mezz’ora di allenamento alla maratona si otterrà un valore prossimo a 0.73. Perché? Nel primo caso (soggetto a riposo) il soggetto brucia una miscela costituta per il 33% circa da carboidrati (glicogeno) e per il 67% circa da grassi. Nel secondo caso (sprinter sui 400 metri) il soggetto brucia prevalentemente glicogeno muscolare (90%); nel terzo caso (maratoneta) l’energia proverrà in massima parte dai grassi (80%) se durante l’allenamento non ha volutamente assunto zuccheri. Quindi, il QR è un sistema semplice per capire quale fonte di energia il soggetto stia utilizzando. Vediamo come il QR ci consente di capire quale fonte di energia l’atleta sta utilizzando.
Combustione dei carboidrati
Per bruciare una molecola di glucosio in anidride carbonica ed acqua, si deve verificare nelle cellule muscolari la seguente trasformazione: 
In altre parole, dalla combustione di 1 molecola di glucosio e di 6 molecole di O2 (inspirate) si producono 6 molecole di CO2 (espirate) più 6 molecole di H2O più 678 kcal. In questo caso il quoziente respiratorio è uguale a 1, poiché: QR = 6 CO2/6 O2 = 1. Poiché 1 mole di O2 occupa 22,4 Litri, possiamo dire che per estrarre 678 kcal da una mole di glucosio occorrono 134.4 L di O2 (6 mol di O2 x 22,4L). Quindi ogni L di O2 inspirato produce 5.05 kcal da una mole di glucosio. Questo coefficiente si definisce valore calorico dell’O2 e varia per ciascuno dei tre substrati utilizzato (carboidrati, grassi, proteine) o per le possibili combinazioni dei tre.
Combustione dei grassi
Vediamo ora cosa accade per i grassi. Se l’organismo brucia invece che glucosio una molecola un acido grasso a 16 atomi di carbonio, per esempio l’acido palmitico, si ha la seguente reazione: 
Quindi, da una molecola di acido palmitico si ottengono 16 molecole di CO2, 16 molecole di H2O più 2.410 kcal. In questo caso il quoziente respiratorio è pari a 0.69. Infatti QR = 16 CO2/23 O2 = 0.69, valore generalmente approssimato a 0.7. Poiché la molecola di acido palmitico contiene poco Ossigeno al suo interno, per essere ossidata sono necessarie altre 23 molecole di Ossigeno provenienti dalla respirazione polmonare. Anche in questo caso, le 23 moli di O2 inspirate corrispondono ad un volume 515 L di O2 che, rapportate alle 2.410 kcal prodotte, comportano con un coefficiente pari a 4.68 kcal prodotte per ogni L di O2.
Combustione delle proteine
In condizioni ordinarie le proteine non sono utilizzate per produrre energia, essendo la loro combustione a fini energetici molto piccola (5-8%). Inoltre poiché una parte delle proteine non è metabolizzata e si perde come Azoto urinario (urea), il calcolo è più complesso e dipende dalla quantità di Azoto presente nella proteina. Inoltre, maggiore è la quantità di Azoto presente nelle proteine ingerite e minore sarà la loro resa energetica. Tuttavia, poiché si conosce la composizione media delle proteine e la quantità di urea che da esse si forma, si può affermare che il QR delle proteine è pari a circa 0.802. Da quanto sin qui riportato si comprende che grazie all’uso del QR è possibile capire quale substrato energetico il soggetto sta utilizzando durante una determinata attività fisica.