Stress kan, zoals reeds vermeld, ook op biologisch niveau gemeten worden. Corticosteroïden zijn de meest bestudeerde stressgerelateerde hormonen. De corticosteroïden worden afgescheiden door de bijnierschors als reactie op blootstelling aan diverse fysiologische en psychosociale stressoren. Deze afscheiding wordt gereguleerd door ACTH (adrenocorticotroop hormoon) afkomstig uit de hypofyse, waarvan de afgifte op zijn beurt beïnvloed wordt door het hormoon CRH dat in de hypothalamus wordt vrijgemaakt. Het werk van Selye (1956 / 1976) is van groot belang geweest voor het psychobiologische onderzoek naar stress. Zijn theorie was als volgt: "Wanneer het lichaam de aanwezigheid van een stressor bespeurt reageert het op dezelfde manier als wanneer het immuun systeem een antigen ontdekt. In plaats van het vrijmaken van immunoglobinen echter, laat het lichaam een enorme hoeveelheid corticosteroïden vrij, in een poging de aanval van de stressor te boven te komen." Bij de theorie van Selye moet als kanttekening opgemerkt worden dat hij vooral biologische stressoren zoals koude, hitte en röntgenstralen bestudeerde. Psychologische stressoren werden in zijn theorie niet echt uitgesloten, maar ook niet echt bestudeerd. Onderzoek wees op verhoogde niveaus van corticosteroïden in stress-situaties bij zowel dieren als mensen. Bij mensen bleek een verhoogd niveau corticosteroïden samen te hangen met stressoren als een op handen zijnde operatie, examen doen, vliegen en competitiesport-wedstrijden (Fleming & Baum, 1987). Hierbij moet opgemerkt worden dat een zekere mate van gewenning optreedt wanneer het lichaam langere tijd acute stress te verduren heeft. Onderzoek van Levine (1978) bij militaire troepen die training in parachute springen kregen, toonde aan dat, hoewel na de eerste sprong een aanzienlijke hoeveelheid cortisol vrij kwam, de daarna genomen sprongen geen verhoogd niveau van cortisol vertoonden. Dit is volgens Levine te verklaren doordat men leert omgaan (coping) met de stressor, in dit geval het parachute springen. Volgens anderen kan het samenhangen met opgedane ervaring, individuele verschillen en de intensiteit van de stressor (Kirschbaum, Prüssner, Stone, Federenko, Gaab, Lintz, Schommer, & Hellhammer, 1995). Uit onderzoek (Kok, Westenberg, Thijssen, & van Ree, 1995) naar veranderingen in plasma cortisol in reactie op een aantal fysieke en psychologische stressoren bleek dat plasma cortisol niet verhoogd was na de psychologische stressor, terwijl na de (meest intense) fysieke stressor wel een verhoging van plasma cortisol geconstateerd werd. Ook bleek uit onderzoek van Harte en Eifert (1995) bij hardlopers dat zowel cortisol als catecholaminen verhoogd werden afgescheiden na een experiment waarbij de hardlopers in tegenstelling tot de controlegroep verschillende condities en mate van intensiteit in het hardlopen hadden ondergaan. Verhoogde cortisol niveaus komen dus ook voor na intensieve fysieke inspanning. Verder vertonen plasma en speeksel cortisol niveaus een dagritme: cortisol is het hoogst tussen 5:00 en 10:00 uur 's morgens en het laagst rond middernacht. Ook hebben bepaalde farmacologische middelen, zoals de anticonceptiepil, invloed op cortisol. O'Connor, Morgan, Raglin, Barksdale, & Kalin (1989) onderzochten bij 14 vrouwelijke studenten (zwemsters) de relatie tussen stemmings- en cortisolniveau als gevolg van overtraining. Overtraining houdt in: het gedurende een fase in het trainingsprogramma meer trainen dan eigenlijk vol te houden is. Stemming werd gemeten met behulp van de POMS en (speeksel)cortisol werd in rust gemeten gedurende sterke toe- en afnames in het trainingsprogramma. De controlegroep werd gevormd door een groep actieve vrouwelijke studenten die dezelfde metingen ondergingen, echter zonder overtraining. Het trainingsvolume van de experimentele groep werd vergroot vanaf het normale programma in september tot een piek van training in januari (overtraining). Dit werd gevolgd door een reductie van training in februari. De zwemsters in de experimentele groep bleken significante toenames in nervositeit, depressie, irritatie, energie en vermoeidheid te vertonen. Ook het globale beeld van de stemming (berekend uit het optellen van depressie, irritatie, vermoeidheid en nervositeit minus energie plus een constante factor van 100) vertoonde een significante toename gedurende het trainingsseizoen vergeleken met de controlegroep. Speekselmetingen van cortisol waren eveneens significant hoger bij de zwemsters vergeleken met de controlegroep gedurende de periodes van overtraining en normale training. Er werden geen verschillen gevonden tussen beide groepen in de periode volgend op de rustperiode. Significante correlaties werden gevonden tussen cortisolniveau en zelfgerapporteerde depressie gedurende de overtraining ( r = .50; p < 0.05).