Ergenlik, bebeklik dönemi hariç fiziksel değişimin en hızlı yaşandığı dönemdir. Bu dönemde hızlı bir kemik uzaması, beden yağ ve kas kitlesinde artış, dolaşım ve solunum sisteminde gelişme, sekonder seks karakterlerinin ve üreme organlarının gelişimi ve hormonal sistemde değişiklikler olur.
Ergenliğin başlangıcında beyinde hipotalamustan salgılanan gonadotropin salgılayıcı hormon aktiflenerek hipofiz bezinden luteinleştirici hormon (LH) ve follikülü uyaran hormonu (FSH) uyarır. Bu hormonlar özellikle gece uykusunda pikler halinde salgılanarak sabah saatlerinde steroid hormonların yükselmesini sağlar. LH ve FSH düzeylerindeki yükselmenin ergenliğin başlangıcını işaret ettiğini söyleyebiliriz. İlk zamanlarda yalnızca geceleri yükselen LH ve FSH giderek tüm gün salgılanır hale gelerek androjen ve östrojen hormonlarının üretilmesini sağlar. Bu sayede kızlarda progesteron ve östrojen, erkeklerde testosteron hormonu salgılanır. Böylelikle kızlarda yumurta üretimi başlarken, erkeklerde testis gelişimi ve sperm üretimi olur. Ayrıca büyüme hormonu, tiroid hormonları, insülin benzeri büyüme faktörü düzeyleri artarak fiziksel gelişme ve büyüme hızlanır. Özellikle leptin hormonu yağ ve kas dağılımının yeniden düzenlenmesinde rol alarak kızlarda daha yoğun bir yağ dokusu sağlar. Son yıllardaki çalışmalar leptin eksikliğinin obeziteye yol açan önemli bir faktör olduğunu göstermektedir.
Bu arada birincil ve ikincil cinsiyet özellikleri gelişir ve belirginleşir. Penis, vajina, vulva, prostat, uterus gibi cinsiyet organları birincil cinsiyet özellikleridir. Böbreküstü bezinden salgılanan androjenler ile testislerden salgılanan testosteron ve yumurtalıklardan salgılanan östrojen tüm bu işlevlerden sorumludur. Genital bölgenin koltuk altlarının kıllanması, bedenin kokusunun değişmesi, kızlarda göğüslerin büyümesi gibi üreme işlevleri dışındaki değişimler ise ikincil cinsiyet özellikleridir.
Genital bölgede kıllanma, testislerin derisinin incelmesi ve kırmızı bir renk alması erkeklerde ilk görülen fiziksel belirtilerdir. Ses önceleri çatallanır, sonra kalınlaşır ve ortalama 15-16 yaşlarında erkek ses tonuna döner. Genital ve koltuk altlarındaki kıllanmayı sakal çıkışı izler. 13-14 yaşlarında ilk kez sperm boşalması gerçekleşir. Bu spermarş olarak isimlendirilir. Boy uzaması ve kas yoğunluğundaki artış kızlarda ortalama 2 yıl erken olur, fakat erkeklerde 2-3 yıl daha uzun sürer. 12-14 yaşlarındaki erkekler, aynı yaştaki kızlara göre daha kısa ve zayıftırlar. 14 yaşından itibaren erkekler açığı kapatır ve öne geçer.
Kızlardaki ilk fiziksel belirti meme tomurcuklanmasıdır. Ortalama 8-10 yaş civarında başlar. Genital bölgedeki kıllanma ve boy uzaması bunu izler. İlk adet kanaması menarş olarak adlandırılır ve genital bölgedeki kıllanmanın başlamasından 2,5-3 yıl sonra gerçekleşir. Ortalama adet yaşı 12-13’tür. Erişkin yaşamdaki toplam ağırlığın hemen hemen yarısı ergenlik döneminde kazanılır. Boy ve kilo alımı kızlarda erkeklere göre daha erken başlayıp, daha erken sonlanır. Ergenlikte alınan fazla kilolar ilerideki obezitenin ana sebeplerindendir. Dengeli bir beslenme alışkanlığının kazanılması obezitenin önlenmesinde önemlidir.
Yukarıda bahsettiğimiz tüm fiziksel ve fizyolojik değişikliklerin başlama zamanında ve sayesinde genetik özellikler, beslenme, çevresel ve davranışsal faktörlerin büyük rolü vardır. Çevre kirliliği, hormonlu gıdalar, yağdan zengin beslenme ve yoğun stres özellikle kızlarda ergenliğe giriş yaşını düşürmektedir. Bir çok araştırma babasız yetişen ya da aile içi problemlerin görüldüğü ortamlarda yetişen kızların fiziksel gelişiminin daha erken olduğunu göstermektedir.
Hormonal sistemdeki değişiklikler kızlarda mutsuzluk ve depresyona eğilim yaratırken, erkeklerde aşırı sinirlilikle kendini gösterir. Her iki cinste de moral ve keyif düzeyi düşüktür.
Erken gelişen kızlar beden imajı algılamalarındaki bozulma nedeniyle depresyon, intihar girişimleri ve yeme bozuklukları gibi psikopatolojilere daha eğilimlidirler. Bazı araştırmalar yaşıtlarına oranla ergenliğe erken giren kızların yaşam boyu depresyon geçirme oranlarını istatistiki olarak anlamlı derecede yüksek göstermektedir. Erken gelişen erkeklerde alkol ve sigara gibi alışkanlıklar ile madde kullanımı sıklıkları artmakta, geç gelişenlerde okulla ilgili sorunlar ve kaygı bozukluğu görülme insidansı artmaktadır. Geç gelişen kızlarda ise ebeveynlerle çatışma sıktır.