A teoria da frequência propõe que a altura de um som é codificada pela taxa de impulsos nervosos que percorrem o nervo auditivo. Um tom de 200 Hz produz 200 impulsos por segundo; um tom mais agudo produz uma taxa mais rápida.

A teoria funciona bem para baixas frequências. Os neurónios individuais podem disparar em sincronia com a onda sonora até algumas centenas de hertz. Para frequências mais elevadas, nenhum neurónio individual consegue acompanhar o ritmo. O princípio da salva amplia a teoria ao propor que grupos de neurónios partilham a carga, disparando em grupos escalonados cuja taxa combinada corresponde à frequência do som.

A teoria da frequência é geralmente associada à teoria da localização, que defende que diferentes frequências excitam diferentes locais ao longo da membrana basilar. As abordagens modernas consideram ambas como complementares: a codificação espacial predomina nas frequências altas, a codificação de frequência (ou temporal) nas frequências baixas, e ambas operam na gama intermédia.

Quando o sistema auditivo acompanha o ritmo de uma onda sonora, a teoria da frequência descreve o mecanismo.