Assim que as ondas sonoras entram no canal auditivo, elas vibram a membrana timpânica, comumente chamada de tímpano. O tímpano é um pedaço de pele fina, em forma de cone, com aproximadamente 10 milímetros de largura. Fica entre o canal auditivo e o ouvido médio. O ouvido médio é conectado com a garganta pela tuba auditiva (trompa de Eustáquio). Como o ar atmosférico entra em nosso corpo tanto pelo ouvido externo como pela boca, a pressão do ar nos dois lados do tímpano continua igual. Esse equilíbrio de pressão permite que o tímpano se mova livremente para frente e para trás. 
O tímpano é rígido e muito sensível. Mesmo a menor flutuação da pressão do ar vai movê-lo para frente e para trás. Ele é conectado ao músculo tensor timpânico, que constantemente o puxa para dentro. Isso mantém a membrana tensa por inteiro, vibrando quando qualquer parte de sua superfície é tocada pela onda sonora. 
Essa pequena camada de pele funciona como o diafragma em um microfone. As compressões e rarefações da onda sonora empurram a membrana para frente e para trás. Ondas sonoras mais altas movem a membrana mais rapidamente e sons mais baixos movem a membrana por uma distância maior. 
O tímpano pode servir também para proteger o ouvido interno de exposições prolongadas a ruídos altos e graves. Quando o cérebro recebe um sinal que indica esse tipo de ruído, ocorre um reflexo no tímpano. O músculo tensor timpânico e o músculo estapédio se contraem de repente. Isso puxa o tímpano e os ossos conectados a ele em duas direções diferentes, deixando a membrana mais rígida. Quando isso acontece, o ouvido não capta tanto som na parte mais baixa do espectro auditivo, de maneira que o som é abafado. 
Além de proteger seus ouvidos, esse reflexo ajuda você a concentrar sua audição. Ele mascara ruídos de fundo altos e graves para que você possa concentrar-se em sons mais agudos. Entre outras coisas, esse reflexo ajuda você a conversar em um local muito barulhento, como um show de rock. O reflexo também ocorre quando você começa a falar, caso contrário, o som da sua própria voz abafaria os outros sons a sua volta. 
O tímpano é o único elemento sensitivo no ouvido. Como veremos a seguir, o resto do ouvido serve apenas para passar adiante a informação coletada pelo tímpano.