音乐声学是研究乐音和乐律的物理问题的科学。
对乐器和人的发音原理的研究是从激励器、共鸣器、辐射器三大部件来入手，以求得最高的发音效率和优美的音色。简单的响器，其激励、共鸣、辐射合为一体，如锣；电子合成乐器则用电路来模仿激励器和共鸣器，辐射器就是扬声器。
音乐家以音强、音高、音色(或称为音品)作为乐音三大要素，客观上决定任一声音的物理参量是声压、时程和频谱。对乐音而言，声压决定它的强度或响度感觉，频谱决定它的音色。音高在声学上称为音调，由频谱中的基音频率决定。若基音消失，音调的感觉不变，由谐音系列的结构决定。
乐音一般不是稳定持续的周期信号，其时程可分为增长、稳定、衰减三个段落。不同类型的乐音，三个段落的时间不同。例如弹弦音和拨弦音的增长段比拉弦音的短促得多，并且几乎没有稳定段。在增长和衰减段，乐音的频谱与稳定段可以有显著的不同。因此，乐音的音色与时程的关系很大。对乐器的每个部件，都可以分析上述参量，以总结出音质优美的乐器的最佳声学条件。
例如，世界公认最佳的意大利斯特拉迪瓦里小提琴，其物理参量有哪些特色，现在已有了深入的研究。又如研究共鸣良好的歌声，发现其频谱中2.5～3kHz附近有一特殊的共振峰等。此外，各部件之间的耦合对于达到最佳声学条件也很重要。充分了解各部件的振动原理和它们之间的耦合，乐器的制作和研究才有科学根据。
除上述参量外，单件乐器和管弦乐队的声压动态范围、频率范围和长期平均频谱是指导录声(即录音)、调音、重放，使之达到最好听感的基本参量，也属音乐声学的范畴。
对乐音和乐律的研究主要是音调与频率的关系，音程和音阶的频率划分，音程的协和性等。中国早在周代即已广泛通行了琴、瑟一类乐器。在摸索音调与弦长的关系之时逐步创造出一种“钟律”，其中包括著名的“三分损益法”。这种生律法在春秋时期已经用来调钟。这个乐律是世界上最早的自然律。这是中国古人对音乐声学的重大贡献，比传说的毕达哥拉斯(公元前500年)生律法早得多。
曾侯乙墓出土的战国初年编钟，证明中国非但最早在律制上有科学的发明，而且最早确定了调音的基准频率，掌握了乐器的调音技术。甚至更早在商周时代即已创造出一钟二音(一个钟能发出两个基音)，这是音乐史上的奇迹。
除律制外，中国古代对泛音系列的发现和在乐器演奏时的应用，管乐器音调的管口校正法，簧、管耦合的原理和控制技术等方面都有重要贡献。
任何声音在产生出来之后，接着是传输(包括录制和重放)和接收的问题。乐音的传输是电声学和厅堂声学的内容。乐音的接收，须计及人的心理感受亦即主观评价，这是心理声学的一部分。它们虽不属于音乐声学范围，但却与音乐声学紧密相联，至关重要。录制或重放设备或技术的缺陷，往往会破坏优美动听的音乐节目的色彩；一件原来不够完善的乐器，其声音效果也可通过调音在一定程度上来补救。
欣赏音乐时，环境的声学条件也可能造成乐音的失真。至于人对乐音的心理感受，则除了响度与声压级的关系、音调与频率的关系、掩蔽效应、声像定位效应等人类的共性之外，还与人的爱好及音乐素养有关。讨论研究音乐声学须涉及这些相关的学科。