El teorema de Nyquist-Shannon demuestra que la reconstrucción exacta de una señal a partir de sus muestras, es matemáticamente posible si la señal está limitada en su ancho de banda y la tasa de muestreo es superior al doble de ese ancho de banda. Dicho de otro modo, la información completa de la señal analógica original está descrita por la serie total de muestras que resultaron del proceso de muestreo siempre que la frecuencia de muestreo supere el doble del ancho de banda de la señal original. En ese caso, no hay nada de la evolución de la señal entre muestras, que no esté perfectamente definido por la serie total de muestras.

Puesto que el oído humano es capaz de detectar sonidos en el rango de 20 a 20.000 Hertzios, aproximadamente, es posible realizar un muestreo que permita recuperar la señal original sin pérdida de información alguna.

Se ha elegido como frecuencia de muestreo más adecuada la de 44100 Hz, es decir, aproximadamente el doble de la frecuencia más aguda que podemos escuchar.

Si deseamos digitalizar señales audibles, no es necesario alcanzar esas frecuencias de muestreo, ya que ni las voces ni los instrumentos acústicos producen frecuencias relevantes por encima de los 10 Khz. aproximadamente (de hecho, muchos sistemas cortan todas aquellas frecuencias por encima de dicho límite). Así pues, en muchos casos se puede utilizar una frecuencia de 32 Khz, o incluso de 22 Khz.

Si reducimos la frecuencia de muestreo, podemos apreciar que el sonido es menos nítido, más apagado, porque perdemos frecuencias agudas.