負荷試験では，心筋酸素需要を増大させた上で心電図検査やしばしば画像検査により心臓をモニタリングすることにより，梗塞の潜在的リスクがある虚血領域を同定することができる。年齢別の最大予測心拍数の85％（目標心拍数）達成または症状発生のいずれかが起こるまで，心拍数を上昇させる。
負荷試験は以下の目的で施行される：
CAD患者では，安静時には十分である血液供給が，運動またはその他の負荷により心筋酸素需要が増加すると不十分になることがある。
負荷試験は心臓カテーテル検査と比較して侵襲度が低く費用も安価であり，血流の病的異常を検出するが，CADの検査前確率が低い患者での診断はそれほど正確でない。負荷試験では，カテーテル検査の施行中に冠動脈造影で同定された冠動脈の解剖学的異常の機能的意義を明確にすることができる。有意な狭窄を引き起こしていない（すなわち，負荷試験中に虚血に至らない）冠動脈プラークであっても，破綻して急性冠症候群を引き起こす可能性があるため，負荷試験の結果が正常であることは将来的に心筋梗塞が発生しないことを保証するものではない。
負荷試験のリスクとしては梗塞や突然死などがあり，検査を受けた患者5000人当たり約1人の頻度でみられる。負荷試験には，いくつかの絶対的および相対的禁忌がある。
運動負荷試験の絶対的禁忌としては以下のものがある：
運動負荷試験の相対的禁忌としては以下のものがある：
負荷試験の方法
以下の方法で心筋酸素需要を増加させることができる：
試験前は4～6時間の絶食が必要である。薬物負荷試験にジピリダモールを用いる場合，キサンチン化合物（例，アミノフィリン，テオフィリン，カフェイン）は偽陰性につながる可能性があるため，検査前24時間はこの種の物質（紅茶，コーヒー，ココア，チョコレート，一部のエネルギーサプリメント，カフェイン入り炭酸飲料など）の摂取を避けさせるべきである。
運動負荷試験
薬物負荷試験
薬物負荷試験は通常，デコンディショニングや筋骨格系疾患，肥満，末梢動脈疾患，その他の疾患のために患者が目標心拍数に達するまでトレッドミルでの負荷に耐えられない場合に用いられる。使用される薬物には，ジピリダモール，アデノシン，レガデノソン，ドブタミンの静注などがある。
ジピリダモールは内因性アデノシンの作用を増強して，冠動脈の血管拡張を引き起こす。ジピリダモールは正常な冠動脈では心筋血流を増加させるが，狭窄より遠位の動脈では血流の増加をもたらさず，狭窄動脈からの「盗血」現象と灌流の不均衡を惹起する。ジピリダモールにより誘発される虚血やその他の有害作用（例，悪心，嘔吐，頭痛，気管支攣縮）は約10％の患者でみられるが，それらの作用はアミノフィリンの静注で治療できる。1％未満の患者では重度の反応が生じる。禁忌には喘息，急性期心筋梗塞，不安定狭心症，重症大動脈弁狭窄，全身性低血圧（収縮期血圧90mmHg未満）などがある。
アデノシンはジピリダモールと同じ作用を示すが，血漿中で急速に分解されるため，持続静注で投与する必要がある。有害作用には一過性の紅潮，胸痛，頻拍などがあり，点滴を中止することで対処できる。
レガデノソンはジピリダモールとアデノシンのどちらと比較しても，より選択性の高いアデノシン作動薬であり，虚血の診断能でも劣らず，有害作用は少なく，投与も大幅に容易である。
ドブタミンは変力および変時作用を有する血管拡張薬であり，ジピリダモールおよびアデノシンが禁忌（例，喘息または第2度房室ブロックの患者）の場合と，心臓の撮影に心エコー検査を用いる場合に主に使用される。重度の高血圧または不整脈，左室流出路閉塞，複数回の心筋梗塞の既往，または急性心筋梗塞を有する患者では，ドブタミンは慎重に使用しなければならない。
診断を目的とした負荷試験の方法
運動または薬物負荷に続いて，いくつかの画像検査を施行することで虚血を検出することができる：
心電図検査
核医学検査による心筋血流イメージング
核医学検査による心筋血流イメージングは，心電図負荷試験より感度（85～90％）および特異度（70～80％）が高い。両検査の所見を組み合わせれば，冠動脈疾患に対する感度が向上する。
心筋血流イメージングは，以下の患者で特に有用となる：
この画像検査は，外科医が経皮的冠動脈形成術によるバイパスまたは拡張を行うべき病変を選択する際に，冠動脈造影で同定された冠動脈狭窄の機能的意義を判定する上で役立つ可能性がある。
心エコー検査
心エコー検査は，灌流だけでなく，それ以外の情報も必要な場合に有用である。心エコー検査は，局所的な虚血の徴候である壁運動異常を検出でき，またドプラ法を用いれば，虚血の原因ないし結果である可能性がある弁膜症や虚血とは無関連であるが同時に評価すべき弁膜症を評価するのに役立つ。
一般的に心エコー検査は，トレッドミルによる運動負荷の直前および直後か，ドブタミンの点滴中に施行する。
心エコー検査は，検査機器の移動が比較的容易で，電離放射線を使用せず，撮影時間が短く，費用が安価であるが，肥満患者や慢性閉塞性肺疾患および肺の過膨張がみられる患者では施行が困難である。専門医が施行した場合の負荷心エコー検査による正診率は，負荷後の核医学検査による心筋血流イメージングと同程度である。
放射性核種心室造影
放射性核種心室造影は，冠動脈疾患患者における最良の予後因子である運動時の駆出率を評価するために，ときに心エコー検査の代わりに運動負荷試験とともに用いられる。
正常では，運動時の駆出率は安静時と比較して5％ポイント以上高くなる。心室機能障害（例，心臓弁膜症，心筋症，またはCADに起因するもの）があると，運動時の駆出率がベースライン値を下回ったり，増加が妨げられたりすることがある。
CAD患者における8年生存率は，運動時の駆出率が40～49％の患者で80％，30～39％の患者で75％，30％未満の患者で40％である。
