À la suite des travaux de SCHERRER et MONOD sur la notion de puissance critique, la relation entre le temps d'épuisement (tlim) d'une course à vitesse constante menée jusqu'à épuisement et la distance parcourue à la fin de l'épreuve a été étudiée sur le terrain. Pour les vitesses de course correspondant à des valeurs de tlim situées dans une fourchette de l'ordre de 4 à 30 minutes, il existe une relation linéaire entre le temps limite (tlim) et la distance :

- distance = a + b.tlim

c’est-à-dire une relation hyperbolique entre la vitesse de course (V) et le temps limite :

- tlim = a/(V - b)

La pente b de la relation distance-tlim a donc la signification d'une vitesse qu'il est possible de maintenir un temps prolongé. Par analogie avec la puissance critique de SCHERRER et MONODcette vitesse est souvent appelée vitesse critique.

Il convient cependant de souligner deux points :

- la relation linéaire, entre temps d’épuisement et distance, n’est qu’une approximation valable dans une fourchette restreinte de temps limites. En 1966, ETTEMA a montré qu'il était possible de décrire la relation distance – temps, pour les records du monde en course à pied, par 4 segments de droite compris entre, respectivement : 100 et 400 m ; 400 et 800 m ; 1500 et 10000 m ; 10000 m et marathon.
- cette vitesse critique doit donc être calculée à partir de temps d'épuisement compris entre environ 4 et 30 minutes et non pas à l'occasion de courses supra-maximales, de courtes durées, où la vitesse atteinte est supérieure à la vitesse maximale aérobie. En effet, des études réalisées en laboratoire ont montré que la puissance critique calculée à partir d’exercices brefs supra-maximaux surestime, d'environ 15 %, la puissance critique établie à partir d'exercices épuisant les sujets en 4 à 30 minutes.

Des études réalisées en laboratoire et sur le terrain ont montré qu'il est possible d’évaluer la vitesse maximale, proche d’un état stable, en calculant la vitesse critique à partir de 2 ou 3 couples de données distance-tlim, obtenues à l'entraînement ou en compétition. Ainsi la comparaison de la vitesse critique avec la vitesse de course correspondant à une lactatémie égale à 4 mM (V4mM) a montré que les valeurs moyennes de ces deux vitesses sont égales et qu'il existe une corrélation très significative entre la vitesse critique et V4mM. De même, une autre étude a montré que la vitesse critique est très proche de la vitesse maximale de course correspondant à un plateau de lactatémie pendant 20 minutes et que les dérives de fréquence cardiaque, en cours d’exercice, ne sont importantes qu'au -delà de la vitesse critique.

La vitesse critique déterminée, à partir d'exercices de course épuisant les sujets en 4 à 30 minutes, devrait donc être utile à l'entraîneur pour la programmation de l'entraînement. En effet, il s'agit d'un indice d'endurance dont la signification est proche de la vitesse au seuil 4 mM, et que l'entraîneur peut exploiter de la même façon. La détermination de la vitesse critique n'est cependant pas la seule exploitation des performances intéressante pour l'athlète et son entraîneur. Ainsi, PERONNET et THIBAULT ont proposé un modèle plus complexe, fondé sur des hypothèses bioénergétiques, qui permet de décrire les performances en course à pied du 100m au marathon. Le modèle de PERONNET et THIBAULT permet le calcul d'un indice d’endurance,à partir de quelques performances en courses à pied. Les déterminations de cet indice d'endurance et de la vitesse critique sont, en fait, deux approches complémentaires de l'utilisation des performances au service de la programmation et du suivi de l'entraînement.