Для объяснения принципа работы сенсорных систем разработано несколько теоретических моделей.

К числу основных пороговых теорий относятся:

• классическая теория Фехнера,
• классическая теория непрерывности сенсорного ряда,
• нейроквантовая теория,
• высоко пороговая теория,
• психофизическая модель обнаружения сигнала,
• теория двух состояний.

Основная проблема, которая решается в этих подходах, — существование и сущность сенсорных порогов. В одних теориях считается, что сенсорные системы работают по дискретному, или пороговому, принципу, в других — по непрерывному.

В частности, в психофизике Г. Фехнера постулировалось, что величина порога ощущения строго определяется величиной физического раздражителя.

В противоположность ей сформировался подход, где постулировалось непрерывное строение сенсорного ряда (Г. Мюллер, Дж. Ястров, Ж. Дельбеф).

Таким образом, сталкиваются два подхода: при дискретном подходе считается, что внешнее воздействие должно достигнуть определенной величины, чтобы вызвать ощущение (порог как реальное свойство сенсорной системы), при непрерывном подходе — что любое возрастание раздражителя дает соответствующее возрастание ощущения (порог как дискретный способ анализа непрерывной величины).

Были предложены различные математические модели. В законе Г. Фехнера зависимость ощущений от величины раздражителя представлена в виде логарифмической кривой. В законе С. Стивенса она имеет вид степенной зависимости. Существенное влияние на характер связи ощущения с раздражителем имеет функциональное состояние анализатора.