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Tout signal physique se dégrade au cours de sa propagation par deux mécanismes : l'atténuation géométrique (dilution de l'énergie avec r croissant, loi 1/r²) et l'absorption (conversion de l'énergie des vagues en chaleur, facteur exp(-r)). La combinaison produit I(r) exp(-2r)/r², qui chute beaucoup plus rapidement que l'un ou l'autre mécanisme seul.

Le bruit est la limite fondamentale de tout capteur : même à température ambiante (T = 300 K), l'agitation thermique génère des fluctuations de tension S_v(f) = 4k_BT·Re[Z] dans toute résistance électrique ou mécanique. Dans les neurones, ce bruit de Johnson-Nyquist entre en compétition avec des signaux plus faibles, fixant ainsi le seuil minimum de détection biologique.

Le SNR = P_signal/(k_BT·B) montre que la sensibilité peut être améliorée en réduisant la température T (l'endothermie aide, mais les êtres vivants ont T > 273 K) ou en réduisant la bande passante B (capteurs plus sélectifs en fréquence). Les filtres adaptés des oreilles (membrane basilaire) et des yeux (filtres de couleur) sont des mises en uvre biologiques de cette stratégie.

Le principe d'incertitude temps-fréquence t·f 1/(4) établit qu'on ne peut pas avoir simultanément une haute résolution temporelle et une haute résolution spectrale : un son très bref (« clic ») a un spectre très large ; une note pure a une longue durée. Cela limite la localisation temporelle des sources sonores et la discrimination tonale simultanée.

La dispersion dans des milieux non idéaux (d²k/d²) élargit les impulsions au fur et à mesure de leur propagation : chaque fréquence se déplace à une vitesse légèrement différente. Dans l'il, la dispersion chromatique du cristallin est partiellement compensée par la répartition des cônes. Dans les systèmes sonars biologiques (chauves-souris, dauphins), le milieu aquatique ou aérien introduit une dispersion minimale, préservant la résolution temporelle de l'impulsion.

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