插值意味着提高采样率，故而被称为上采样（Up Sample）。设原始序列为 $x (n)$，采样率为 $f_x$，插值因子为 $L$，则插值的过程为原始序列每相邻两个样点之间插入 $L-1$ 个 $0$ 构成一个新序列，数学表达式为
以 $f_y$ 表示 $y (m)$ 的采样率，则采样率之间的关系为
图示如下：
从频域角度看， 原始序列的频谱以 $f_x$ 为周期做周期延拓。
插值后的新序列以新的采样率 $f_y$ 做周期延拓。
可以看到插值前后频谱成分不变，但是在 $f_x$ 的整数倍频点处的频谱称为镜像成分。所以插值后要加入一个低通滤波器滤除镜频。典型的插值器就是由上采样器和抗镜像滤波器共同完成的。
由于插值是在原始序列中插入零值，即某些采样点处的信号幅度为 0，会改变信号的幅度，因此插值会造成信号幅度的损失。要保证插值前后信号幅度的统一，可在插值滤波器后设置一个增益因子 L。