Prestasi dalam olahraga air tidak hanya ditentukan oleh besarnya massa otot atau kapasitas paru-paru, melainkan oleh seberapa cerdas otak berkomunikasi dengan seluruh anggota tubuh. Kemampuan ini dikenal sebagai Kinestetik Olahraga, sebuah kesadaran internal mengenai posisi, gerakan, dan orientasi tubuh di dalam ruang—dalam hal ini, di dalam air. Bagi seorang perenang, memiliki kecerdasan kinestetik yang tinggi berarti mampu merasakan aliran air di kulitnya dan menyesuaikan gerakan secara instan untuk mempertahankan efisiensi maksimal.
Inti dari kecerdasan ini adalah Koordinasi Saraf dan Otot. Di dalam air, manusia kehilangan pijakan gravitasi yang biasa dirasakan di darat. Otak harus bekerja ekstra keras untuk memproses informasi dari sistem vestibular (keseimbangan) dan proprioseptor yang terletak di otot dan sendi. Seorang Perenang yang hebat mampu mengoordinasikan ratusan serat otot secara serempak hanya dalam hitungan milidetik. Misalnya, saat melakukan gaya kupu-kupu, sinkronisasi antara lecutan pinggul dan masuknya tangan ke air memerlukan pengaturan waktu saraf yang sangat presisi agar tidak terjadi kebocoran tenaga.
Latihan Kinestetik biasanya melibatkan berbagai macam drills atau variasi gerakan yang memaksa otak untuk keluar dari zona nyaman. Perenang sering diminta untuk berenang dengan mata tertutup atau menggunakan alat bantu yang sengaja mengganggu keseimbangan. Tujuannya adalah untuk mempertajam “rasa” terhadap air. Ketika saraf-saraf sensorik di ujung jari tangan mampu mendeteksi tekanan air yang paling padat, perenang tersebut dapat melakukan fase catch yang lebih efektif. Inilah yang membedakan perenang elit dengan perenang biasa: kemampuan untuk “memegang” air dengan mantap, seolah-olah air adalah benda padat.
Efisiensi Olahraga renang sangat bergantung pada penghapusan gerakan yang tidak perlu. Sinyal saraf yang dikirim dari otak harus bersifat spesifik. Jika otot yang seharusnya relaks ikut menegang, maka energi akan terbuang sia-sia dan kelelahan akan datang lebih cepat. Melalui pengasahan Koordinasi saraf, tubuh belajar untuk melakukan isolasi otot. Sebagai contoh, perenang gaya bebas harus mampu menjaga otot inti (core) tetap kaku untuk stabilitas, sementara otot bahu tetap luwes untuk melakukan putaran kayuhan yang lebar.