Психические реакции на музыку отличаются невероятной пластичностью, т. к. даже кратковременное музыкальное обучение способно изменить характер переработки мозгом музыкальной информации. Каждая клетка мозга реагирует на определенную высоту (частоту) звука. Когда какой-либо тон приобретает для человека особую значимость, первоначальная настройка клеток изменяется.

Слуховая система, как и все прочие сенсорные системы организма, имеет иерархическую организацию. Она состоит из цепочки центров, которые перерабатывают нервные сигналы, направляющиеся из уха в высший отдел слухового анализатора - слуховую кору. Переработка звуков (например, музыкальных тонов) начинается во внутреннем ухе (улитке), сортирующем сложные звуки (издаваемые, например, скрипкой) на составляющие элементарные частоты. Затем по волокнам слухового нерва, настроенным на разную частоту, улитка посылает информацию в виде последовательности нейронных разрядов (импульсов) в головной мозг. В итоге они достигают слуховой коры в височных долях мозга, где каждая клетка реагирует на звуки определенной частоты. Кривые частотной настройки соседних клеток перекрываются, т. е. разрывы между ними отсутствуют, и на поверхности слуховой коры формируется частотная карта звуков.

Музыка состоит из последовательности нот, и ее восприятие зависит от способности мозга улавливать взаимосвязь между звуками. Реакции мозга на музыку зависят также от опыта и подготовленности слушателя. Они могут меняться даже под влиянием кратковременного обучения, которое увеличивает число нейронов, реагирующих на звук.

Длительное обучение усиливает реакции нервных клеток и даже вызывает физические изменения в мозге. Реакции головного мозга профессиональных музыкантов существенно отличаются от реакций немузыкантов, а некоторые области их мозга чрезмерно развиты.

Когда музыканты слушают фортепианную игру, площадь слуховых зон, реагирующих на музыку, у них на 25% больше, чем у немузыкантов. Исследования детей также подтверждают, что ранний музыкальный опыт облегчает "музыкальное" развитие мозга. У детей, в чьих домах постоянно звучала музыка, выявлена более высокая активность слуховых областей мозга, чем у тех, которые музыку слушали мало.

Объем слуховой коры у музыкантов на 30% больше, чем у людей, не имеющих отношения к музыке. Кроме того, у них большая площадь мозга вовлечена в управление движениями пальцев, необходимыми для игры на различных инструментах.

Кроме переработки мозгом "акустической" составляющей музыки, учеными исследуются процессы, благодаря которым она эмоционально воздействует на людей. Физические реакции на музыку (в виде мурашек, слез, смеха, экстаза, и т. д.) возникают у 80% взрослых людей. Согласно данным опросов, 70% из опрошенных сказали, что они наслаждаются музыкой, «потому что она порождает эмоции и чувства».

Исследования последних лет показали, что височные доли мозга необходимы для понимания мелодии, но не для возникновения соответствующей эмоциональной реакции. В переработке музыкальной информации участвуют также подкорковые структуры, лобные доли коры, и другие многочисленные области, рассредоточенные по всему мозгу, в том числе и те, которые обычно задействованы в других формах мозговой деятельности.