Un son est constitué d'une fondamentale et de tout un ensemble d'harmoniques (ou partiels) qui sont des multiples de la fréquence de la fondamentale et mélangés à celle-ci. Ainsi, la note la à 440 Hz (A3 pour la correspondance avec la hauteur du clavier) sera constituée des harmoniques suivantes : 880 Hz (A4), 1760 Hz (A5), 3520 Hz (A6), etc. Étant plus aigus que la fondamentale, les harmoniques contenus par la note sont nommés les harmoniques supérieurs.
Il existe également une correspondance entre les fréquences harmoniques d’une note et les notes qui s’accordent en consonance avec la fondamentale. Ainsi, à l'exemple de la note do, les notes constituant des intervalles consonants avec elle sont mi (la tierce), sol (la quinte), si bémol (la septième), do (l’octave), ré (la neuvième), etc. La raison en est qu'un nombre élevé des harmoniques supérieurs de ces notes en consonances sont de plus des harmoniques de la fondamentale. La consonance se définit alors par la concordance entre les harmoniques.
Les différentes intensités des harmoniques permettent de distinguer les instruments entre eux. Elles déterminent le "timbre", la "couleur" du son. Une fondamentale « pure », sans harmoniques, est une sinusoïde et seuls les générateurs électroniques savent en produire. Un son pauvre en harmoniques est doux (exemple : une flûte à bec) tandis qu'un son riche en harmoniques est plus agressif (exemple : trompette).
À hauteur identique, les sons émis par deux instruments distincts ne sonnent pas de la même manière. Chacun se caractérise par ce qu’on appelle son timbre, qui permet de l’identifier. Cela signifie que chaque son résulte de la combinaison de sons partiels. La fréquence d'ensemble de ceux-ci fixe la note de musique que l'on perçoit, et leur évolution au cours de l'émission de la note détermine son timbre.
Les sons produits par les instruments à vibration entretenue de façon constante contiennent de nombreux harmoniques (violon, trompette...), alors que ceux aux sonorités particulièrement brèves, comme les percussions, émettent généralement des fréquences inharmoniques. Ajoutons à cela que chaque harmonique possède une intensité relative par rapport aux autres, ce qu'indique le spectre harmonique qui rassemble la totalité des fréquences qui déterminent le timbre de chaque instrument.
Par ailleurs, de nombreux instruments acoustiques à hauteur définie sont conçus pour avoir des partiels proches de rapports de nombres entiers avec une inharmonicité particulièrement faible. C'est le cas du piano qui contient un certain degré d'inharmonicité parmi les fréquences générées par chaque corde.
Certains instruments de percussion, tels que le marimba, le vibraphone, les cloches tubulaires ou les timbales, contiennent principalement des partiels inharmoniques, mais peuvent toutefois procurer à l'oreille une juste idée de la hauteur des notes grâce à quelques puissants partiels qui ressemblent à des harmoniques. Quant aux instruments à hauteur indéterminée, tels que les cymbales, ils produisent des sons riches en partiels inharmoniques sans pour autant donner le sentiment d'impliquer une hauteur de son particulière. C'est donc avant tout la puissance relative des différents partiels (harmoniques ou inharmoniques) qui procure à un instrument son timbre, son caractère particulier.