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Im Gegensatz zu den reinen Pulsuhren, die hauptsächlich zur Überwachung der Herzfrequenz dienen, handelt es sich bei Sportuhren um Multifunktionsuhren. Trotzdem lassen sich Sport- und Pulsuhren nicht immer scharf voneinander abgrenzen. Zum erweiterten Umfang der Sportuhren gehören etwa die bei Pulsuhren mitunter vorhandenen Funktionen zur Distanzmessung sowie Trainingsprofile, während umgekehrt einige Sportuhren über Herzfrequenz-Funktionen verfügen.
Am häufigsten werden Sportuhren zur Kontrolle des (täglichen) Trainings eingesetzt. Grundlegende Funktionen solcher Trainingsuhren sind eine Stoppuhr (Runden-, Zwischen- und Gesamtzeiten) sowie die Distanzmessung (Tages-, Gesamtkilometer). Die Ermittlung der aktuellen beziehungsweise der Durchschnitts- und der Maximalgeschwindigkeit wiederum gehört schon zum erweiterten Funktionsumfang besserer Geräte, da hierfür ein spezieller Sensor notwendig ist. Von Nutzen kann auch ein Timer sein, der es ermöglicht, vorher festgelegte Trainingsabschnitte exakt einzuhalten. Eine eher motivierende Funktion hingegen kommt einem Kalorienzähler zu.
Sportuhren speichern die ermittelten Daten über einen (je nach Modell) unterschiedlich langen Zeitraum. Einfache Einsteigermodelle beschränken das Protokoll in der Regel auf Summen-, Durchschnitts- und Maximalwerte und lassen keine Geschwindigkeitsmessung zu. In Kombination mit einem kalibrierbaren Schrittzähler wiederum dokumentieren einige Modelle aber auch die vor allem für Läufer wichtigen Entfernungsmessungen. Auf dem Fahrrad übernehmen Rad- und Trittfrequenzsensoren diese Funktion. Hochwertige Geräte wiederum zeichnen das Training kontinuierlich auf und können mit einem Brustsensor gekoppelt werden. Anschließend lassen sich ausführliche Herzfrequenzanalysen durchführen und individuelle Belastungszonen erstellen. Für eine effektive Trainigsgestaltung ist ein solcher Brustsensor zweifellos unerlässlich. In einigen neueren Modellen wiederum kommt anstelle von Sensoren ein GPS-Modul zum Einsatz (siehe Ratgeber: Sportuhren mit GPS). Leistungsorientierte Sportler sollten ein Modell wählen, mit dem sich die Daten nach dem Training auf dem PC analysieren und zu komplexen Trainingstagebüchern sowie persönlich gestaltbaren Profilen ausbauen lassen. Im Idealfall können die Daten erneut auf die Sportuhr überspielt werden.
Zum erweiterten Funktionsumfang vieler hochpreisiger Sportuhren gehören etwa Höhenmesser, Barometer, ein digitaler Kompass sowie die Ermittlung meteorologischer Daten wie Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit. Während ein Höhenmesser für eine effektive Trainingsauswertung nützlich sein kann, profitieren von den Wetterfunktionen oder vom Kompass vor allem Wanderer und Trekking-Fans. Die Übergänge zwischen den Trainings- und den Outdoor-Sportuhren sind allerdings oft fließend. Für den reinen Outdoor-Einsatz sind die Trainingsfunktionen jedenfalls in der Regel überflüssig.