Gaya kupu-kupu sering dianggap sebagai gaya renang yang paling menantang secara fisik karena membutuhkan koordinasi tingkat tinggi antara kekuatan otot dan irama pernapasan. Dalam studi Biomekanik Gaya Kupu-Kupu, efisiensi gerakan tidak hanya ditentukan oleh seberapa besar tenaga yang dikeluarkan, tetapi lebih kepada seberapa presisi posisi tubuh terhadap air. Salah satu elemen paling krusial dalam mekanika gaya ini adalah bagaimana seorang perenang mengatur fase tarikan dan pemulihan lengan mereka untuk meminimalisir hambatan dan memaksimalkan daya dorong ke depan.
Fokus utama dalam mencapai kecepatan maksimal terletak pada analisis sudut ayunan lengan saat berada di dalam maupun di luar air. Ketika lengan memasuki air, sudut masuk harus cukup lebar untuk menghindari turbulensi yang berlebihan, namun tetap cukup sempit agar tangan dapat segera melakukan fase tangkapan (catch). Jika sudut masuk terlalu lebar, perenang akan kehilangan momentum karena tangan cenderung menekan air ke bawah daripada menariknya ke belakang. Sebaliknya, jika sudut terlalu sempit, bahu akan mengalami tekanan yang besar yang dalam jangka panjang dapat memicu cedera rotator cuff.
Pentingnya lengan yang efisien dalam gaya kupu-kupu juga berkaitan erat dengan fase pemulihan (recovery). Pada fase ini, lengan harus diayunkan secara lateral di atas permukaan air dengan kondisi yang relatif rileks. Sudut ayunan yang tepat adalah tetap rendah di atas permukaan air namun tidak menyentuhnya. Jika lengan diangkat terlalu tinggi secara vertikal, pusat gravitasi tubuh akan bergeser, menyebabkan pinggul turun ke bawah. Pinggul yang turun akan menciptakan hambatan permukaan yang besar, sehingga energi perenang akan habis hanya untuk menjaga tubuh tetap horizontal daripada untuk melaju ke depan.
Selain aspek mekanik lengan, sinkronisasi antara ayunan tangan dan tendangan kaki lumba-lumba (dolphin kick) adalah kunci dari biomekanik yang sempurna. Dalam setiap satu siklus lengan, terdapat dua tendangan kaki. Tendangan pertama dilakukan saat lengan masuk ke air untuk membantu menjaga momentum, sedangkan tendangan kedua dilakukan saat lengan melakukan fase keluar (push) untuk memberikan dorongan tambahan agar kepala bisa naik untuk mengambil napas. Tanpa sudut ayunan lengan yang presisi, irama tendangan ini akan terganggu, menyebabkan gerakan yang tersendat-sendat atau tidak kontinu.