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描绘出差异
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如果一种声音刚开始时低于人类的听觉阈值，那么在其音量稳步增长时一定会有一个点，你会从那个点开始注意到它。在那之前，这种声音可能会对你有某种潜意识的影响，但是你并没有听到它。同样，如果你注意到两种稍微不同的刺激，你就能看出它们有一个点是不同的。如果它们太过相似，你就很难将它们区分开。第一个尝试量化感知阈值的人是一名德国医生，同时也是实验心理学的奠基人之一，他就是19世纪30年代在德国莱比锡工作的恩斯特·海因里希·韦伯（Ernst Heinrich Weber，1795年—1878年）。
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韦伯从重量开始探索了人们能观察到的刺激差异量。他要求人们拿起重量不同的东西进行比较，并报告哪个最重。他发现，人们拿的物品的实际重量必须有3%的差异，才能在感觉上区分出重量不同，所以的确存在一种“最小可觉差”（just noticeable difference，JND）。所以，如果一个人的体重是100克，那么第二次称体重需要比第一次重3克或轻3克才能被检测出有差异。如果一个人重1千克，那么第二次称体重则需要比第一次重30克或轻30克才能感觉到重量不同。他发现，不同的感觉有不同的差别阈值。例如，在比较两条线段的长度时，它们必须至少有1%的差异才能被人感知；又如，音高需要至少有0.6%的差异才能被人感知，等等。
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韦伯定律指出：
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ΔR/R=k
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其中，
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ΔR=最小可觉差（或JND）
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R=现有的刺激量（德语称为Reiz）
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k=常数（每种感觉不同）
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他也研究了其他几种感觉差别阈值。他用罗盘点测量了能觉察到的两个皮肤触摸点之间的最短距离，以及把两个皮肤接触点感觉为一个皮肤接触点的距离。这个研究是心理学史上的一个里程碑，因为它表明，人的心理的某些方面还是可以使用量化科学的方法来进行研究的。心理物理学为人们将实验心理学作为研究领域奠定了基础。
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跨越门槛
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韦伯的工作由古斯塔夫·费希纳（Gustav Fechner，1801年—1887年）继续进行。起初，他为了成为一名物理学家而学习相关课程，但却由于研究颜色和视觉时眼睛受到了损害而辞去了教职。他把研究兴趣转移到了感知的心理过程上。作为一名中立一元论者，他认为身体和意识的行为是一种单一现实存在的不同方面，并着手寻找不同方面之间的数学关系。他想通过某种方式来解决心—身问题，这种方式既可以满足唯物主义者，也可以支持自己的观点，即意识在宇宙中无处不在。
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费希纳将能被刺激注意到的点定义为“绝对阈值”。在这一点下，刺激可能仍然起作用，但人们却意识不到。由于刺激无法测量，他就从绝对阈值开始研究。他的工作成果是得出了韦伯—费希纳定律，这是韦伯定律的一个提升版：“为了增强感觉强度，使其呈现算术级数的增长，物理刺激的强度必须呈几何级数的增加。”
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这意味着刺激强度和产生的感觉强度之间存在对数关系（对数标度被用来测量有关现象的、非常广泛的变化，如地震的里氏震级或声音的分贝数）。
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S=k log R
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其中，S是感觉，R是刺激。
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假设我们发现，刺激强度增强3倍，就会导致感觉强度增强2倍。如果我们再把刺激强度提高3倍，就会感觉强度像之前一样增加，现在的强度是原来的3倍（尽管刺激的强度现在是原来的9倍）。刺激强度再次增强3倍，使我们感觉强度只是原始刺激强度的4倍，以此类推。
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费希纳觉得自己已经达到了目的，他展示了物理刺激和心理反应之间的一个可衡量的联接。现代的研究结果并不完全符合费希纳的“定律”。
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1860年，他的研究结果发表在《心理物理学元素》（Elements of Psychophysics）一书中，这是使用定量的科学方法来研究心理现象的一个早期的尝试，一些评论家把它看作心理学这门科学的开端。另外一些人认为，科学心理学建立的标志是威廉·冯特建立了世界上第一个实验心理学实验室（详见第3章“冯特的奇妙发明”的内容）。
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