Heli lokaliseerimine on võime täpselt määrata heli allikat ja asukohta, kasutades nii kõrvade sisendit kui ka kognitiivseid protsesse. Kuulmisloomad on kõik selleks mingil määral võimelised, kuigi mõned on selles paremad kui teised; Näiteks öökullidel on suurepärased heli lokaliseerimise võimed, kuna nad toetuvad saagi asukoha leidmiseks ja jälgimiseks helile. Heli lokaliseerimise vead võivad põhjustada desorientatsiooni ja segadust.
Kui heli siseneb kõrvadesse, läbib see keeruka filtreerimisprotsessi. Kõrv võib ajju tagastada teavet selle kohta, kust helid tulevad, ning anda andmeid heli tugevuse ja sageduse kohta. Aju suudab seda teavet töödelda väga kiiresti, et anda sisendit ümbritsevas keskkonnas toimuva kohta. Need reaktsioonid toimuvad sekundi murdosa jooksul, pakkudes peaaegu reaalajas teavet müra kohta. Loomad õpivad arenedes eristama ka peeneid detaile; Näiteks inimesed õpivad kõnet ära tundma väga varajases eas.
Evolutsiooniliselt on heli lokaliseerimisel mitmeid eeliseid. Kiskjad kasutavad oma saagi leidmiseks teiste meelte hulgas ka heli ja tuginevad võimele määrata asukohad ainult heli põhjal, kui teised meeled ei pruugi olla kättesaadavad või võivad olla ohus. Saagil on vaja suurepärast kuulmismeelt ning teravat asukoha- ja kaugustaju, et nad saaksid röövloomi vältida. Näiteks karjamaal karjatav hobune võib kuulda lähenevate jalgade häält, määrata, milline loom läheneb, ja teada saada, kust loom tuleb, ilma visuaalse teabe saamiseks üles vaatamata.
Neuroloogiliselt on heli lokaliseerimisega seotud protsessid väga keerulised. Inimesed võivad helide lokaliseerimisel kogeda mitmesuguseid probleeme. Ühe kõrva kuulmise kadumine, isegi osaline, võib aju arvutusi nurjata, tagastades halba teavet. Samuti võivad vead ajju suunduvates radades moonutada sensoorset teavet ja aju võib ka heliandmeid nende töötlemisel kokku segada, tagastades halba teavet.
Heli lokaliseerimisega saab mängida trikke, et luua illusioon teisest või ebatavalisest kohast pärit helidest. Kõhukõne tähendab, et inimesed panevad uskuma, et heli tuleb näiteks mannekeeni suust, mitte selle käitlejast. Moonutatud heli, mis on loodud inimeste segadusse ajamiseks ja tasakaalust välja viimiseks, võidakse kasutada lõbustusmajades, teatrifilmides ja isegi ülekuulamisruumides eesmärgiga tekitada inimestes rahutust ja närvilisust.