C'est en 1812 que le physicien Jean-Baptiste Joseph Fourier mit à jour les bases de la composition d'un son (le théorème de Fourier) :
"Tout mouvement périodique complexe se décompose en une somme de mouvements périodiques simples (sinusoïdes) appelés harmoniques, et dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence la plus basse (la plus grave), appelée fondamentale".
Les valeurs de ces multiples s'expriment en rangs harmoniques. Par exemple, pour une fondamentale à 440 Hz, la fréquence de l'harmonique de rang 2 est égale à 880 Hz (440 x 2), celle de l'harmonique de rang 3 est de 1 320 Hz (440 x 3) celle de l'harmonique de rang 4 est de 1760 Hz(440x4) etc. Si la synthèse additive est la synthèse la plus simple du point de vue théorique, elle est en revanche une des plus complexes à mettre en pratique de par sa définition : pour créer un son par synthèse additive, il suffit d'ajouter les harmoniques souhaités à une fréquence fondamentale, mais il est difficile de calculer l'amplitude, la fréquence et les variations temporelles de ces harmoniques.

Le principe de la synthèse soustractive consiste à filtrer des signaux riches en harmoniques. Simple à mettre en oeuvre et économique, la synthèse soustractive s'est naturellement imposée sur les premiers synthétiseurs, dès les années soixantes. La synthèse soustractive peut prendre une autre source que le classique oscillateur délivrant des formes d'ondes périodiques simples, que celui-ci soit analogique ou numérique. A partir de la fin des années quatre-vingts, nombre de synthétiseurs soustractifs ont utilisé des échantillons numériques comme source de synthèse. Il peut s'agir d'échantillons d'instruments acoustiques ou électriques, pris séparément (piano, basse, orgue...) ou enregistrés ensembles (section de cuivres, de cordes...), mais également de voix ou de bruits divers. L'efficacité d'un filtre est fonction de sa pente, encore appelée "rolloff" ou "slope", exprimée en décibels par octave (dB/octave) ou en pôle. Le terme "pôle" fait référence au schéma typique d'un filtre ayant une pente de 6 dB/octave. Ainsi, on trouve des filtres 1 pôle, 2 pôles (12 dB/octave), 3 pôles (18 dB/octave) et 4 pôles (24 dB/octave). Additionner les pôles revient à placer des filtres identiques en série. On attribut à Robert Moog l'idée de mettre en série quatre filtres passe-bas, schéma désigné sous le terme de cascade de Moog. Sur un synthétiseur soustractif, deux paramètres principaux permettent d'ajuster l'effet de filtrage : la fréquence de coupure qui est la fréquence à partir de laquelle le filtre va entrer en action, et la résonance (disponible sur certains instruments), qui permet de faire entrer le filtre en auto-oscillation. Celui-ci se comporte alors comme un oscillateur. Il est également possible de modifier l'évolution temporelle de l'effet en adjoignant au filtre une enveloppe d'amplitude.