Painoharjoittelu, fyysisen kunnon kohotusjärjestelmä, jossa käytetään vapaita painoja (käsipainot ja käsipainot) ja painokoneita (esim. Nautilus-tyyppiset laitteet). Kyseessä on pikemminkin harjoittelujärjestelmä kuin kilpaurheilulaji, kuten olympiapainonnosto tai voimanosto.
Painoharjoittelusta on viitteitä jo antiikin Kreikassa, jossa Milo Crotonilainen oli kenties ensimmäinen voimaurheilija, joka saavutti mainetta yleisurheilullisista saavutuksistaan. Hänen väitetään kehittäneen voimansa nostamalla ja kantamalla vasikkaa harteillaan joka päivä sen syntymästä lähtien. Eläimen koon kasvaessa myös hänen voimansa kasvoi. Milon käyttämä periaate kuorman tai vastuksen asteittaisesta lisäämisestä voiman ja lihasmassan kasvattamiseksi on nykyaikana todennettu tehokkaaksi keinoksi kehittää voimaa kaikenikäisillä.
Painojen nostamisen tai vastusharjoittelun hyödyt ovat varsin moninaiset, ja niihin kuuluu voiman ja lihaskoon jokseenkin ilmeisen lisääntymisen lisäksi myös lihaskestävyyden parantuminen, luuntiheyden lisääntyminen, lisääntynyt levossa oleva aineenvaihdunta kiihtyy, mikä edistää painonpudotusta ja painonhallintaa, lisääntynyt ”hyvä” kolesterolipitoisuus lisääntyy, ryhdin paraneminen paranee, aerobisen kapasiteetin vähäinen lisääntyminen paranee, notkeus paranee ja insuliiniresistenssi vähenee. Näiden laajojen hyötyjen nettotuloksena urheilusuorituskyky paranee, urheilussa, työssä ja päivittäisissä toiminnoissa tapahtuvat loukkaantumiset vähenevät, kaatumisten määrä vähenee ja ikäihmisten omaehtoinen fyysinen aktiivisuus lisääntyy sekä yleinen terveydentila paranee. Sairauksien ennaltaehkäisyssä ja hoidossa saavutettu arvo on erityisen huomattava. Näistä syistä monet kansalliset ja kansainväliset lääketieteelliset ryhmät suosittelevat painoharjoittelua suurelle yleisölle.
Tehokkaat painoharjoitteluohjelmat voivat vaihdella niinkin pienestä kuin kahdesta tai kolmesta kerrasta viikossa 20 minuutin ajan lapsilla, nuorilla ja vanhuksilla jopa useisiin tunteihin päivässä kilpa- ja ammattiurheilijoilla, painonnostajilla ja kehonrakentajilla. Koska palautumiskyky vaihtelee eri lihasten ja eri yksilöiden välillä, harjoitusohjelman suunnittelussa on tasapainotettava haastavat harjoitukset, riittävä lepo harjoitusten välillä ja asianmukainen ravitsemus. Näin ollen kaikki muut paitsi edistyneimmät kehonrakentajat, jotka yrittävät lisätä vartaloonsa muutaman sentin sinne sun tänne, huomaavat useimmiten, että ohjelma, jossa keskitytään suorittamaan erilaisia voimanoston moninivelliikkuvuusharjoituksia (kyykky, penkkipunnerrus, deadlift) kolmena tai neljänä päivänä viikossa, antaa suurimman hyödyn vähimmällä harjoittelujaksolla.
Harjoitusliikkeen keskeytymättömien toistojen (”toistojen”) määrä, jota kutsutaan sarjaksi, vaihtelee harjoituksen ja päätavoitteen mukaan, joskin käytettävän painon tulisi olla riittävä, jotta viimeisten toistojen suorittaminen olisi melko haastavaa. Suhteellisen suuri toistomäärä (10-12) on yleensä tehokkain kehitettäessä tyypin I (”hitaasti nykiviä”) lihassäikeitä, joilla on suurin kyky tuottaa lihasvolyymiä. Vähemmän toistoja (2-4) on tehokkainta kehittää tyypin II (”nopeasti nykiviä”) kuituja, joilla on suurin kyky tuottaa voimaa tai tehoa. Keskimääräiset toistomäärät (6-8) tuottavat usein parhaat tulokset yhdistetyn voiman ja koon kasvun kannalta. Fysiologiset tutkimukset osoittavat, että lihaskasvun stimulaatio lisääntyy huomattavasti jokaisella lisäsarjalla yhdestä kolmeen, pienempi hyöty kolmesta neljään, marginaalinen hyöty neljästä viiteen ja hyvin vähäinen lisähyöty, jos harjoittelujakson aikana tehdään lisää sarjoja tietystä harjoituksesta. Sarjojen väliset 1-5 minuutin lepojaksot ja pidemmät lepotauot pienemmillä toistomäärillä ovat yleisiä. Harjoitusajan lyhentämiseksi nostajat vuorottelevat usein kahta tai useampaa harjoitussarjaa (”supersarja”) ilman lepoväliä.