间歇性断食通过生物通路发挥作用，这些通路与简单的热量限制有根本区别。虽然热量限制减少能量摄入，但间歇性断食特别利用了进食状态和禁食状态之间的代谢切换——这一转换激活了在持续营养可用性下被抑制的细胞修复和维护程序。

断食激活的最重要的细胞通路是自噬。自噬是细胞的质控和更新系统，自噬不足与加速衰老、神经退行性病变和代谢疾病相关。自噬在断食十二至十六小时后开始可测量地增加，并在二十四小时以上持续上升。mTOR是主营养传感器和生长促进因子，被氨基酸（特别是亮氨酸）和葡萄糖激活，在断食期间被抑制。当mTOR被慢性激活时——大多数每天进食多次蛋白质和碳水化合物丰富的现代人类就是如此——细胞生长和合成代谢占主导地位。当mTOR在断食期间被周期性抑制时，细胞从生长模式切换到修复模式：自噬激活，细胞衰老被清除。AMPK是AMP激活的蛋白激酶，作为能量传感器在代谢压力下上调自噬。激活的AMPK通过磷酸化ULK1促进自噬，而mTOR激活则通过不同位点的磷酸化阻止ULK1和AMPK的相互作用，从而抑制自噬。营养剥夺导致mTOR信号抑制，结果是自噬激活。

断食还引发代谢“切换“。葡萄糖可用性降低导致脂质分解增强和酮体生成增加，产生β-羟基丁酸。酮体不仅是有效的能量底物，还是信号分子，通过激活PGC-1α增加线粒体生物合成，抑制组蛋白乙酰转移酶并刺激神经营养因子BDNF的表达，促进突触可塑性和神经元存活。间歇性断食还刺激下丘脑-垂体-肾上腺轴。研究表明，即使单日断食也会激活HPA轴，导致血浆皮质醇水平升高，同时瘦素显著下降。断食引起的自主神经系统改变包括心率下降和血压降低。十六比八的限时进食方案可增加心率变异性参数，降低静息心率，表明副交感神经占主导地位，心血管系统对应激的适应能力更好。

mTOR激活与mTOR抑制之间的交替可能比持续维持任何一种状态都更健康。这就是代谢灵活性的核心——身体在燃糖和燃脂之间自如切换的能力，是健康寿命的关键决定因素之一。