Ćwiczenie oddechowe Wima Hofa polegaja na głębokim oddychaniu, kontrolowanej hiperwentylacji i hipowentylacji. Głębokie oddychanie (przeponowe) pobudza układ przywspółczulny, co pomaga uzyskać efekt relaksacji, natomiast podczas hiperwentylacji (30 oddechów) zwiększamy ilość powietrza wnikającego do pęcherzyków płucnych, a równocześnie zwiększamy usuwanie dwutlenku węgla, przez co chwilowo zostaje zwiększone pH krwi (staje się bardziej zasadowa).
Usunięcie dwutlenku węgla pozwala na dłuższe wstrzymanie oddechu. Ten etap to stan hipowentylacji, gdzie dochodzi do tymczasowego ograniczenia dostępu tlenu do organizmu. Dochodzi wówczas do pobudzenia współczulnego układu nerwowego i wydzielania adrenaliny oraz prawdopodobnie do pobudzenia układu endokannabinoidowego.
Adrenalina powoduje pobudzenie układu krwionośnego, odpornościowego, przyspieszenie metabolizmu, ale powoduje też wzrost hormonów stresu (kortyzolu), jednak stosując te metody krótkotrwale, podobnie jak w przypadku sportu, może działać ona korzystnie za pomocą mechanizmu hormezy, gdzie „szkodliwy” w małych dawkach czynnik działa korzystnie.