Um tom complexo pode ser caracterizado como duas ou mais ondas tendo relação de frequência, amplitude e fase diferentes. Ondas que têm frequências relacionadas por números inteiros são chamadas harmônicos. Estes harmônicos podem ser adicionados a tons puros por meio eletrônicos ou podem ser inerentes ao próprio instrumento (forma do instrumento, tipo de material de que é feito etc.).

Se uma mesma nota for tocada em um piano e em um violino podemos perceber facilmente a diferença entre um e outro. O motivo pelo qual um piano soa diferente de um violino é que são gerados pelos dois instrumentos harmônicos naturais diferentes. Vistos de outra forma, harmônicos são tons “fantasmas” que são gerados como resultado da forma de tocar ou da estrutura do instrumento. Por exemplo, quando tocamos um tom de 440 no piano, a corda vibra em 440Hz que é chamada de fundamental.

No entanto, outras vibrações ocorrem devido à estrutura do piano. Estas notas poderiam ser duas vezes a fundamental, três vezes, quatro vezes etc. Isto significa que percebemos o som de 440 Hz e outras frequências como 880 Hz, 1320 Hz, 1760 Hz etc. também estão presentes e afetam todo o som do piano. Esta quantidade de harmônicos e a intensidade de cada um em relação a fundamental criam um som único em cada instrumento. Isto é conhecido como: