頻率理論認為，聲音的音調是由沿著聽覺神經傳導的神經衝動的頻率所編碼的。 200赫茲的音調每秒產生200個神經衝動；音調越高，頻率越快。

此理論對低頻訊號適用。單一神經元可以與頻率高達數百赫茲的聲波同步放電。但對於更高的頻率，單一神經元就無法跟上。齊射原理擴展了該理論，提出神經元群可以分擔放電任務，它們以交錯的方式放電，其總放電頻率與聲音的頻率相符。

頻率理論通常與位置理論結合使用，後者認為不同的頻率會激發基底膜上的不同位置。現代理論將二者視為互補關係：位置編碼在高頻時占主導地位，頻率（或時間）編碼在低頻時占主導地位，而兩者在中頻範圍內共同發揮作用。

當聽覺系統追蹤聲波的節奏時，頻率理論描述了其機制。