Le timbre détermine la couleur du son. Il est différent pour chaque type de source sonore et différencie, à l'oreille, deux sons qui auraient la même fréquence fondamentale et la même intensité; par exemple la même note jouée avec la même intensité mais avec une flûte et un piano.

Une harmonique est l’élément de décomposition d’une fonction périodique. Il correspond à une des fonctions sinusoïdales dont la fréquence est un multiple de la fréquence de la fonction périodique décomposée. La somme infinie de toutes les harmoniques d’une fonction périodique reconstitue la fonction. Chaque fréquence harmonique est un multiple de la fréquence fondamentale.

Le timbre est dû aux harmoniques qui se superposent au son fondamental et à leur évolution dans le temps. On va trouver le timbre à l'intérieur d'une période. Puisque la répétition de ce motif donne la fréquence, le profil particulier d'une période est caractéristique du timbre. En effet lorsqu'un son est réduit à sa composante fondamentale, l'harmonique 1, le profil est alors celui d'une courbe sinusoïdale. Le son est dit "pur".

La figure 1 ci-dessus donne la représentation d’un son pur sinusoïdal.