Helmholtz stelde de resonatortheorie van het gehoor voor, volgens welke het menselijk oor fungeert als een resonator die is afgestemd op bepaalde frequenties. Volgens deze theorie zetten het trommelvlies en de gehoorbeentjes geluidsgolven om in mechanische trillingen van de vloeistof in het slakkenhuis. Het slakkenhuis bevat resonatoren die zijn afgestemd op verschillende frequenties en die bepaalde geluidsfrequenties versterken. Stimulatie van resonatoren afgestemd op de frequentie van de geluidsgolf wordt waargenomen als een gevoel van toonhoogte.
Volgens de theorie van Helmholtz is het gehoor dus gebaseerd op de resonante eigenschappen van het slakkenhuis, wat het mogelijk maakt individuele frequentiecomponenten van een complex geluidssignaal te isoleren. Deze theorie vormde de eerste wetenschappelijke verklaring voor het mechanisme van de perceptie van toonhoogte en legde de basis voor moderne ideeën over de werking van het gehoorsysteem.
Helmholtz schreef niet rechtstreeks over de theorie van het gehoor, maar hij bestudeerde de menselijke fysiologie en anatomie, inclusief het menselijk gehoorvermogen. Dit is hoe hij deze theorie zelf beschreef in een van zijn wetenschappelijke werken:
"Een zeer grote rol bij de gehoorscherpte bij mensen is weggelegd voor de wand van de uitwendige gehoorgang, die zelfs nog opvallender is in vergelijking met een hond en een paard. Net als in andere delen van het oor heeft een persoon hier de meeste ruimte tussen