音樂治療有任何的醫學理論嗎？我們可以回歸到「音樂與人體生理反應」上做探討。腦神經學家丹尼爾．列維廷博士（Dr. Daniel J. Levitin）在其著作《迷戀音樂的腦》（This Is Your Brain on Music：The Science of A Human Obsession）中提及：「當我們在從事音樂活動（聆聽、歌唱、演奏、舞動）時，腦內許多部位都被活化起來，包括額葉、感覺皮質、運動皮質、聽覺皮質、視覺皮質、語言中樞、杏仁核等。而這些部位正是掌管人體的口說表達、肢體動作、情緒行為的。」正因如此，當音樂治療運用於個案身上時，由於音樂活動活化大腦諸多部位，所以成效是很明顯的。很多研究發現，聽覺皮質與動作皮質是互相聯繫的，這解釋了人們聽到音樂會不由自主地翩翩起舞的生理因素。近年，音樂也被應用在醫學治療的疼痛處理上，這是因為研究發現大腦在處理音樂時的記憶空間大過於處理疼痛訊息的空間。所以，越來越多燒燙傷病患或是年幼的孩童，在醫院接受醫療行為（復健、抽血、打針、手術）時，往往會伴隨音樂治療師的協助，讓療程進行得更加順利。但是，也曾經有過把音樂治療當成主流方法來與個案互動的例子，例如治療有情緒表達障礙的個案，或是早期療育的介入。
再來，音樂與長期記憶的聯結從很多阿茲海默症病患與腦傷病患中可以看到明顯成效。奧利佛．薩克斯（Oliver Sacks）醫師是位相當推崇音樂治療的學者，他也是個腦神經學家，在他的臨床病例與著作中，記載著他關於音樂如何影響患者心理與生理功能性進步的觀察。其中，一位患有腦瘤的個案，在手術後失去記憶功能與表達能力，但在復健的過程中卻發現到音樂能把他帶回某個時期，而語言功能也跟著回復的情形。此個案接受了薩克斯醫師的音樂治療課程，而他的故事也被記錄在電影《最後的嬉皮》（The Music Never Stopped）中。
所以，從生理回饋探討音樂治療與醫學理論，就不難發現：其實，大腦並沒有單一的音樂中樞，很多區域都在回應音樂性活動。正因為掌管全身運動與行為的大腦如此深受音樂的影響，進行音樂治療之後，很多症狀便能得到改善。神經學音樂治療師麥克．陶博士（Dr. Michael Thaut）經過多年的研究發現，音樂治療活動的節奏刺激（rhythmic auditory stimulation）可以改善帕金森氏症患者的走路步調，而節奏與說唱結合的活動可以協助重建腦傷病患的語言功能。音樂治療師海倫•休麥博士（Dr. Helen Shoemark）在早產兒與音樂治療的研究中也獲得很大肯定，在她的研究中，音樂治療活動裡的歌唱可以協助平穩早產兒的生理功能（心跳、呼吸），幫助他們更早恢復自主呼吸。另外，許多音樂治療師與醫療人員所共同關注的研究，即是音樂與疼痛的相關研究，他們都在諸多實證裡看見了功效。最新的研究是將人的心跳聲融合在音樂裡，可以作為安寧病房的道別曲，或是在院病患的激勵曲，聽見自己的心跳聲強而有力，可以振奮病患繼續抵抗病魔的決心。
權威級的音樂治療師肯尼斯．布魯夏（Dr. Ke n n e t h Brusica）對於音樂治療的定義是：「音樂治療是一個結構式的介入模式，是音樂治療師使用設計過的音樂活動與跟個案在治療過程中的互動關係所發展出來的動力，來協助個案促進健康。」簡短幾句話就重點說明了，音樂治療注重的是「結構式」的音樂活動，及與個案的「互動關係」。而之後所發展出越來越多的學派中，也可以看見此一精髓的延續。以下幾個學派是較多學校選擇使用的：音樂引導想像（Guided Imagery and Music）、認知行為音樂治療（Cognitive Behavioral Music Therapy）、諾朵夫─羅賓斯創造性音樂治療 （Nordoff-Robbins Music Therapy）、心理動力取向音樂治療（Psychodynamic Music Therapy）、神經學音樂治療（Neurologic Music Therapy）、人本音樂治療（Humanistic Music Therapy）。
