De frequentietheorie stelt dat de toonhoogte van een geluid wordt gecodeerd door de snelheid waarmee zenuwimpulsen door de gehoorzenuw reizen. Een toon van 200 Hz produceert 200 impulsen per seconde; een hogere toon produceert een hogere snelheid.

De theorie werkt goed voor lage frequenties. Individuele neuronen kunnen synchroon met de geluidsgolf vuren tot een paar honderd hertz. Bij hogere frequenties kan geen enkel neuron het tempo bijhouden. Het volleyprincipe breidt de theorie uit door te stellen dat groepen neuronen de belasting delen en in gespreide groepen vuren, waarbij de gecombineerde vuurfrequentie overeenkomt met de frequentie van het geluid.

De frequentietheorie wordt doorgaans gekoppeld aan de plaatstheorie, die stelt dat verschillende frequenties verschillende plaatsen langs het basilair membraan prikkelen. Moderne theorieën beschouwen de twee als complementair: plaatscodering domineert bij hoge frequenties, frequentiecodering (of temporele codering) bij lage frequenties, en beide zijn actief in het middenbereik.

Wanneer het gehoorsysteem het tempo van een geluidsgolf registreert, beschrijft de frequentietheorie het mechanisme.