Una vez que el sonido ingresa a los oídos, es procesado por los componentes físicos del oído medio e interno y por los centros auditivos del cerebro. La percepción del tono se ve afectada por varios factores, incluida la naturaleza de cómo se procesa el sonido en el cuerpo. La codificación neuronal en el cerebro tiene un efecto sobre cómo los humanos escuchan el sonido. La presencia de múltiples sonidos, cambios en el volumen o la frecuencia de los pulsos de sonido pueden afectar la forma en que se percibe el tono. Las teorías que han intentado definir la percepción del tono incluyen la teoría del lugar y la teoría temporal.
El sonido ingresa al oído y primero es procesado por el tímpano o membrana timpánica. Luego se traduce en movimientos en tres huesos pequeños antes de pasar a la cóclea, un órgano en espiral en el oído interno con células ciliadas que se mueven con ondas sonoras. El movimiento de los pelos se traduce en señales que pasan al nervio auditivo. Las diferentes partes de la membrana basilar dentro de la cóclea captan diferentes frecuencias, como explica la teoría del lugar. Esta teoría también describe cómo los armónicos altos juntos no se perciben como separados.
Los teóricos también han especulado que el sonido se percibe en relación con el tiempo, lo que se conoce como teoría temporal. Las células nerviosas se activan a intervalos de tiempo periódicos, pero también sirven para analizar la frecuencia. Una combinación de las dos teorías ayuda a investigar la naturaleza de la percepción del sonido en los seres humanos. La actividad neuronal en la corteza auditiva tiene un efecto profundo en la percepción del tono, con cambios de tono que estimulan áreas en el hemisferio derecho. Los problemas en las áreas temporales correctas del cerebro a veces afectan la forma en que alguien puede detectar cambios de tono.
La incapacidad para comprender el cambio de tono es parte de ser sordo al tono. Cuando las melodías se transponen a diferentes tonos, generalmente se percibe el tono relativo de cada nota. La intensidad del sonido también influye en la percepción del tono. Los aumentos en la intensidad de los sonidos de alta frecuencia harán que suenen como si el tono estuviera aumentando. Aumentar la intensidad de los sonidos de baja frecuencia hace que suenen como si el tono estuviera bajando.
Los sonidos pulsantes o sostenidos también tienen una percepción de tono diferente. En comparación con un pulso constante, los pulsos de sonido con amplitud decreciente parecen tener un tono más alto. Los ruidos y tonos que se escuchan en un tono también pueden cambiar su tono aparente. Por tanto, la percepción del tono se ve afectada por factores internos y externos. Un sonido que permanece estable en el tono a veces parece estar cambiando cuando lo escucha el oído humano.