早期的田径运动曾使用过直线形、环形甚至马蹄形场地，但这些设计存在明显缺陷。直线跑道法满足多圈比赛需求；圆形跑道虽能实现循环跑动，但内外道周长差异过大，导致选手起步位置不公平。直到19世纪末，椭圆形跑道逐渐成为标准，其核心优势在于平衡力学效率与竞技公平。
从运动力学角度看，椭圆形跑道的曲线曲率经过精确计算。运动员在直线段可全力加速，进入弯道时，身体自然倾斜以克服离心力，而椭圆的缓曲线设计能减少转向时的速度损耗。相比正圆形跑道，椭圆形的弯道半径更大通常为36.5米，降低了离心力对体能的消耗，使选手更易保持节奏。同时，直线段与弯道的过渡更平滑，避免了直角转弯带来的急停风险。
公平性是椭圆形设计的另一核心。国际田联规定，标准跑道由两条平行直线和两个对称弯道组成，共8条跑道，每条宽1.22米。为确保所有选手跑程相等，外道起跑线需向前推移一定距离，这一“前伸数”通过椭圆周长公式精确计算得出：以400米跑道为例，第2道比第1道需前移7.04米，第8道则需前移53.03米，确保所有选手实际跑程均为400米。
此外，椭圆形设计能最大化场地利用率。跑道包围的中心区域可设置跳跃、投掷等田赛项目，形成“田径合一”的多功能赛场。若采用其他形状，要么法兼容田赛设施，要么造成空间浪费。
这种设计历经百年实践检验，成为国际体育赛事的通用标准，体现了科学与竞技的美结合。