周波数理論によれば、音の高さは聴神経を伝わる神経インパルスの速度によって決定される。200Hzの音は1秒間に200回のインパルスを発生させ、音が高くなるほどインパルスの速度は速くなる。

この理論は低周波数帯では有効である。個々のニューロンは、数百ヘルツまでの音波と同期して発火することができる。しかし、それ以上の周波数帯では、単一のニューロンでは音波に追いつくことができない。そこで提唱されたのが、この理論を拡張した「ボレー原理」である。ニューロン群が負荷を分担し、発火間隔をずらして発火することで、その合計発火率が音の周波数に一致するという考え方だ。

周波数理論は通常、基底膜上の異なる部位が周波数によって興奮するという場所理論と対比される。現代の理論では、この2つは相補的なものとして扱われ、高周波数では場所符号化が優勢であり、低周波数では周波数（または時間）符号化が優勢であり、中間周波数では両方が機能すると考えられている。

聴覚系が音波のテンポを追跡する際、周波数理論はそのメカニズムを説明する。