Metoda określania zachowania się materiałów w warunkach działania wahających się obciążeń. Do próbki jest przykładane określone średnie obciążenie (które może być zerowe) oraz obciążenie zmienne i następuje rejestracja pewnej liczby cykli koniecznych do wytworzenia zmęczenia (trwałość zmęczeniowa). Próba jest w zasadzie powtarzana z identycznymi próbkami i różnymi wahającymi się obciążeniami. Obciążenia mogą być przykładane w osi, skrętnie lub w trybie zginania. W zależności od wielkości obciążenia średniego oraz amplitudy obciążenia cyklicznego, całkowite naprężenie w próbce może być jednokierunkowe w cyklu obciążania lub może odwracać kierunek. Dane uzyskane w próbie zmęczeniowej są często przedstawiane w formie diagramu S-N (Wöhlera), który jest wykresem liczby cykli potrzebnych do spowodowania destrukcji próbki względem amplitudy powstającego naprężenia cyklicznego. Cykliczne naprężenie może reprezentować amplitudę naprężenia, naprężenie maksymalne lub naprężenie minimalne. Każda krzywa na wykresie reprezentuje stałe naprężenie średnie. Większość prób zmęczeniowych przeprowadza się przy użyciu maszyn do prób zginania, maszyn z obrotową belką lub maszyn wibracyjnych. Próby zmęczeniowe zostały ogólnie omówione w publikacjach "Manual on Fatigue Testing (Podręcznik przeprowadzania prób zmęczeniowych)", ASTM STP 91-A oraz w książce A.J. Fennera "Mechanical Testing of Materials (Wykonywanie badań mechanicznych materiałów)", Philosophical Library, Inc. Norma ASTM D-671 przedstawia szczegółowo standardową procedurę przeprowadzania prób zmęczeniowych tworzyw sztucznych w trybie zginania.