Helmholtz foreslo resonatorteorien om hørsel, ifølge hvilken det menneskelige øret fungerer som en resonator innstilt på visse frekvenser. I følge denne teorien omdanner trommehinnen og hørselsbenene lydbølger til mekaniske vibrasjoner av væsken i sneglehuset. Cochlea inneholder resonatorer innstilt på forskjellige frekvenser som forsterker visse lydfrekvenser. Stimulering av resonatorer innstilt til lydbølgens frekvens oppfattes som en følelse av tonehøyde.
I følge Helmholtz sin teori er altså hørsel basert på resonansegenskapene til sneglehuset, noe som gjør det mulig å isolere individuelle frekvenskomponenter i et komplekst lydsignal. Denne teorien ga den første vitenskapelige forklaringen på mekanismen for oppfatning av tonehøyde og la grunnlaget for moderne ideer om driften av det auditive systemet.
Helmholtz skrev ikke direkte om teorien om hørsel, men han studerte menneskets fysiologi og anatomi, inkludert menneskelige hørselsevner. Slik beskrev han selv denne teorien i et av sine vitenskapelige arbeider:
"En veldig stor rolle i hørselsskarphet hos mennesker tilhører veggen i den ytre hørselskanalen, som er enda mer merkbar sammenlignet med en hund og en hest. Som i andre deler av øret, her har en person mest plass mellom