Helmholtz a proposé la théorie du résonateur de l'audition, selon laquelle l'oreille humaine agit comme un résonateur accordé sur certaines fréquences. Selon cette théorie, le tympan et les osselets auditifs convertissent les ondes sonores en vibrations mécaniques du fluide contenu dans la cochlée. La cochlée contient des résonateurs accordés sur différentes fréquences qui amplifient certaines fréquences sonores. La stimulation de résonateurs accordés à la fréquence de l'onde sonore est perçue comme une sensation de hauteur.
Ainsi, selon la théorie de Helmholtz, l'audition repose sur les propriétés de résonance de la cochlée, ce qui permet d'isoler les composantes fréquentielles individuelles d'un signal sonore complexe. Cette théorie a fourni la première explication scientifique du mécanisme de perception de la hauteur et a jeté les bases des idées modernes sur le fonctionnement du système auditif.
Helmholtz n'a pas écrit directement sur la théorie de l'audition, mais il a étudié la physiologie et l'anatomie humaines, y compris les capacités auditives humaines. C’est ainsi qu’il décrit lui-même cette théorie dans un de ses ouvrages scientifiques :
"Un rôle très important dans l'acuité auditive chez l'homme appartient à la paroi du conduit auditif externe, qui est encore plus visible par rapport à un chien et un cheval. Comme dans d'autres parties de l'oreille, ici une personne a le plus d'espace entre