不同频率的声音引起不同形式的基底膜振动，被认为是耳蜗能区分不同声音频率的基础。

19世纪的研究者发现，基底膜包括分立的条状体，通过组织相连，在蜗底的条状体比在蜗顶的更硬一些。根据这种结构，H.von亥姆霍兹于1863年提出共振理论：基底膜像一架“倒转的钢琴”，不同的“琴键”与不同频率的压力波分别产生共振。高频波使基底膜的蜗底部振动更显著，因为基底膜的蜗底比蜗顶更硬更窄；低频波使基底膜顶端的振动更强烈，因为顶端的基底膜更软更宽。通过测量基底膜振动的部位，神经元能够判断声音信号的振幅和信号的频率。根据这种理论，人耳能够进行类似的傅里叶分析，频率通过基底膜振动的位置编码，振幅由基底膜在该点的位移决定。

固体不仅有自己的共振频率，还有一定程度的阻尼。基底膜的阻尼程度很高，只要声音一消失，基底膜就停止振动，人对声音的感知也消失。如果阻尼程度很高，共振频率的准确度就会相应降低。这和人耳的听力系统能力不匹配，因为在最佳条件下，人耳可以区分频率差异小于1赫兹的频率。要感知如此微小的差异，基底膜必须对频率有很高的选择性。这意味着，基底膜的阻尼作用很小，而且可以长时间持续振动，但事实并非如此。这意味着，基底膜的频率区分性，不是因为共振这个原因。所以，共振学说因一些实验事实而受到怀疑。

20世纪初，G.贝克赛用实验的方法验证亥姆霍兹提出的共振学说。他在死去的动物耳蜗里插入显微镜镜片，通过机械地移动卵形窗模拟声波。正如亥姆霍兹预测的，基底膜在不同的频率下，振动位置确实不同：高频波在蜗底附近振动，低频波在蜗顶附近振动。但是，他没有观察到基底膜的条状体像共振理论预测的那样单独振动，而是观察到行波（traveling wave），这种波和抖动桌布时出现的波相似。这种振动通过基底膜的整个组织，在某个频率（即临界频率，critical frequency）的对应位置，达到位移极值，后逐渐消失。这些位移极值，因基底膜弹性程度的差异而不同。

因此，基底膜的运动不是由通过液体的压力波的快速传播决定，而是由横向传播的表面波决定。在蜗顶，耳蜗变得比较薄，使得液体深度变浅，像海滩上的水，和行波效果相似，是表面波。而且，基底膜在蜗顶附近更软，使声波的速度更慢，导致更大的位移。由于耳蜗深度的不同和基底膜柔软性增加的不同，声波沿着基底膜到达不同的部位。高频波在卵形窗后的蜗底达到位移极值；低频波向蜗顶方向继续移动，根据其频率，达到它们的位移极值。

以这种方式，基底膜像一个机械的傅里叶转换器，但并不像亥姆霍兹认为的那样，是由于共振原理产生。但是，在有复杂信号（例如言语信号）或有噪音存在的情况下，每个行波的频率成分互相重叠，基底膜的运动非常复杂，不可预测。

行波会影响从蜗底到蜗顶的整个基底膜。由于基底膜的两边附着在耳蜗上，从蜗底到蜗顶纵向的移动，会引起基底膜的横向运动。声波沿着基底膜的中部运动，引起基底膜中部的组织上下移动。而且，由于基底膜的两边固定在耳蜗壁上，基底膜产生扭曲运动，最终导致耳蜗神经产生神经脉冲。

行波学说是对共振学说的发展，已被大多数学者公认。