Teoria częstotliwości zakłada, że ​​wysokość dźwięku jest kodowana przez tempo, w jakim impulsy nerwowe przemieszczają się nerwem słuchowym. Dźwięk o częstotliwości 200 Hz generuje 200 impulsów na sekundę; dźwięk o wyższej częstotliwości generuje szybsze tempo.

Teoria ta sprawdza się w przypadku niskich częstotliwości. Pojedyncze neurony mogą stymulować się synchronicznie z falą dźwiękową do kilkuset herców. W przypadku wyższych częstotliwości żaden pojedynczy neuron nie jest w stanie dotrzymać kroku. Zasada salwy rozszerza teorię, proponując, że grupy neuronów dzielą się obciążeniem, aktywując się w grupach naprzemiennie, których łączna częstotliwość odpowiada częstotliwości dźwięku.

Teorię częstotliwości zazwyczaj łączy się z teorią miejsca, która zakłada, że ​​różne częstotliwości pobudzają różne miejsca wzdłuż błony podstawnej. Współczesne ujęcia traktują te dwie teorie jako komplementarne: kodowanie miejsca dominuje przy wysokich częstotliwościach, kodowanie częstotliwościowe (lub czasowe) przy niskich, a obie działają w zakresie środkowym.

Gdy układ słuchowy śledzi tempo fali dźwiękowej, mechanizm ten jest opisany przez teorię częstotliwości.