Il Timbro è quella caratteristica del suono per la quale, a parità di frequenza, è possibile distinguere due suoni prodotti da sorgenti diverse come ad esempio il suono di uno strumento da quello di un altro (vedi un flauto e una chitarra). Il timbro dipende dal contenuto spettrale del suono ed è costituito dalla somma di componenti sinusoidali pure.

I suoni innanzitutto possono essere distinti in periodici e non periodici. Nei primi è possibile distinguere un ciclo di oscillazione che si ripete nel tempo mentre nei secondi (classificati generalmente come rumore) no. Se un suono è periodico sarà possibile associare ad esso un’altezza stabilita e pertanto avremo come percezione sonora un tono o una nota. Invece nei suoni non periodici questo non è possibile poiché il cervello non riesce a contare i cicli di oscillazione. Nella musica entrambe le tipologie sono molto importanti in quanto i suoni periodici sono utilizzati per creare la melodia e l’armonia mentre quelli non periodici sono utilizzati principalmente per la ritmica. Un suono periodico può essere semplice (puro), ovvero costituito da un’onda sinusoidale (un’ampiezza e una frequenza), oppure complesso, costituito cioè da due o più componenti sinusoidali che contribuiscono alla creazione di una forma d’onda complessa. I suoni puri in natura sono molto rari e sono definiti come onda sonora la cui pressione acustica istantanea è funzione sinusoidale del tempo.

La componente sinusoidale di frequenza più bassa presente nello spettro acustico (che generalmente ha energia maggiore rispetto alle altre e in più da il periodo al suono complesso) è detta fondamentale mentre le altre componenti vengono indicate come parziali. Queste ultime sono poi distinte in parziali armoniche se sono un multiplo intero della fondamentale, la cui frequenza è f (ad es. 2f, 3f, 4f, 5f ...) oppure in parziali non armoniche negli altri casi (ad es. 2.1f, 3.7f ... ).

Ad esempio:

1) se la frequenza della fondamentale è 100 Hz, gli armonici sono: primo 200 Hz (2f); secondo 300 Hz (3f); terzo 400 Hz (4f); quarto 500 Hz (5f); ecc. ecc.

2) se la frequenza della fondamentale è 150 Hz, gli armonici: primo 300 Hz (2f); secondo 450 Hz (3f); terzo 600 Hz (4f); quarto 750 Hz (5f); ecc. ecc.

Un suono periodico complesso pertanto può essere costituito dalla fondamentale e da una serie numerosa di parziali armoniche e non armoniche.

Tra gli armonici esistono le seguenti relazioni, che sono il frutto di millenni di studi (i primi furono i cinesi mentre per ciò che ci riguarda Pitagora diede un grande contributo, ma recentemente si è scoperto che anche l’uomo di Neanderthal costruiva flauti che emettevano suoni i cui rapporti seguivano le stesse regole):

- OTTAVA, rapporto 2:1 in frequenza, ovvero preso un suono di frequenza F, il suono all’ottava superiore ha una frequenza pari a 2F. Questo termine deriva dal fatto che nella cultura occidentale, tra due suoni di cui il superiore ha una frequenza doppia esistono otto note (do – re – mi – fa – sol – la – si – do).

- QUINTA (perfetta), rapporto 3:2 in frequenza, ovvero preso un suono di frequenza F, il suono ad una quinta superiore ha una frequenza pari a 1,5F. Anche in questo caso il nome  è legato alla cultura occidentale (do – re – mi – fa – sol).

- QUARTA (perfetta), rapporto 4:3 in frequenza, ovvero preso un suono di frequenza F, il suono ad una quarta superiore ha una frequenza pari a 1,33F (do – re – mi – fa).

- TERZA (maggiore), rapporto 5:4 in frequenza, ovvero preso un suono di frequenza F, il suono ad una terza superiore ha una frequenza pari a 1,25F (do – re – mi).

- SESTA (maggiore), rapporto 5:3 in frequenza, ovvero preso un suono di frequenza F, il suono ad una terza superiore ha una frequenza pari a 1,67F (do – re – mi – fa – sol - la).

La successione degli armonici è la seguente:

fondamentale:    F

1° armonico:    2F ottava

2° armonico:    3F un’ottava + una quinta

3° armonico:    4F due ottave

4° armonico:    5F due ottave + una terza maggiore

5° armonico:    6F due ottave + una quinta

Per poter valutare il contenuto sonoro di un timbro si utilizza un grafico chiamato spettro acustico, che ha sull’asse delle ordinate i valori dell’ampiezza mentre sull’asse delle ascisse sono riportate le frequenza (vedasi l'immagine dell'articolo).