Las transformaciones más importantes en la música sinfónica en la primera mitad del siglo 20 consistieron en alternativas armónicas al sistema tonal. Después de la segunda guerra mundial, el énfasis estuvo en buscar nuevos recursos tímbricos. Con la radicalización de la crítica modernista a la tradición sinfónica europea, los compositores buscaron transformar no sólo la música que se escribía para la orquesta sinfónica, sino el timbre—el sonido—de la orquesta misma. Una forma de transformar el sonido de la orquesta, que había comenzado a explorarse desde Berlioz, es emplear los mismos instrumentos para producir nuevos sonidos por medio de técnicas extendidas. También se comenzaron a inventar nuevos instrumentos, incluyendo sintetizadores y computadores, para producir música electrónica y electroacústica en cinta y otros soportes.

Una forma de explorar las posibilidades tímbricas de la orquesta es el puntillismo de Anton Webern, en donde cada nota de una melodía se distribuye entre todos los instrumentos de la orquesta para lograr un máximo de variedad y contraste, siguiendo las técnicas del serialismo para garantizar la mayor diversidad de sonidos. Con la aparición de los instrumentos electrónicos hacia los años 60, que expandieron las posibilidades tímbricas como nunca antes, el puntillismo perdió interés y los compositores se enfocaron en desarrollar formas de variación tímbrica, buscando nuevas posibilidades para cada familia de instrumentos a través de mezclas, cambios sutiles, y transformaciones graduales en lugar del contraste inmediato del puntillismo, como en la Trenodia para las víctimas de Hiroshima de Kristof Penderecki. Muchas composiciones de la segunda mitad del siglo 20 se enfocan en explorar los sonidos y las técnicas en lugar de plegarse a formas musicales tradicionales o al desarrollo temático. Para los oyentes acostumbrados al repertorio más tradicional, estas obras pueden sonar caóticas en principio, pero son en realidad invitaciones para apreciar la gran cantidad de sonidos que cada instrumento puede producir individualmente y en conjunto.

Las composiciones de figuras como Iannis Xenakis, Giorgi Ligeti, y Karlheinz Stockhausen, escritas en la década de los 60s, buscaban producir texturas complejas en donde ni el ritmo ni la armonía tuvieran un papel central. Aunque el serialismo integral seguía siendo la técnica principal, también se experimentó con partituras gráficas y otros métodos innovadores de notación. Mientras que las partituras tradicionales indican claramente la altura y el ritmo pero los otros parámetros quedan indeterminados, las partituras gráficas buscan indicar con detalle los cambios de timbre y dinámica para producir lograr estos tejidos sonoros.

Uno de los primeros ejemplos de técnicas extendidas en cualquier instrumento es el sonido que Héctor Berlioz inventó en el quinto movimiento de su Sinfonía Fantástica, para representar los esqueletos bailarines del aquelarre. Esta técnica, conocida como col legno, consiste en golpear o frotar las cuerdas de los violines con la madera del arco y no con las cerdas. Otras técnicas incluyen frotar las cuerdas en distintas partes del instrumento o golpear el cuerpo del instrumento con la mano, el arco u otros objetos. En todos los instrumentos de cuerda se pueden tocar varias cuerdas al mismo tiempo—una técnica llamada dobles, triples, o cuádruples cuerdas—para producir acordes. Por otro lado, se pueden producir sonidos de mayor altura que el sonido normal empleando los armónicos, que se consiguen al tocar levemente la cuerda para producir un nodo de vibración adicional.

Para los instrumentos de viento se han desarrollado sordinas, objetos de materiales como madera, metal, o caucho, que transforman o interrumpen el flujo de aire que sale del instrumento y en consecuencia su sonido. También es posible alterar la presión con la que se sopla el instrumento y producir sonidos distorsionados o en donde se puede escuchar el flujo de aire directamente. Con esta técnica también es posible producir multifónicos, es decir, obtener dos o incluso tres notas diferentes simultáneamente con el mismo instrumento. Esta técnica se puede combinar también con sonidos producidos por la garganta del instrumentista, como si cantara a través del instrumento. Otras técnicas incluyen cerrar las llaves con fuerza para hacerlas resonar, o emplear partes individuales de cada instrumento y soplar o golpearlas para producir sonidos particulares.