Теория частот предполагает, что высота звука кодируется скоростью распространения нервных импульсов по слуховому нерву. Тон частотой 200 Гц производит 200 импульсов в секунду; более высокий тон производит более высокую скорость.

Теория хорошо работает для низких частот. Отдельные нейроны могут срабатывать синхронно со звуковой волной на частотах до нескольких сотен герц. На более высоких частотах ни один нейрон не может угнаться за ней. Принцип залпа расширяет теорию, предполагая, что группы нейронов распределяют нагрузку, срабатывая в разнесенных группах, суммарная частота которых соответствует частоте звука.

Частотная теория обычно сочетается с теорией места, которая утверждает, что разные частоты возбуждают разные участки вдоль базилярной мембраны. Современные теории рассматривают эти две теории как взаимодополняющие: кодирование места преобладает на высоких частотах, частотное (или временное) кодирование — на низких, а в среднем диапазоне работают обе теории.

Когда слуховая система отслеживает темп звуковой волны, частотная теория описывает этот механизм.