Todas as melodias eclesiásticas gregorianas se encaixam numa das classificações de um sistema organizado em modos, diretamente derivado dos modos gregos, que eram padrões básicos para ordenar as notas dentro de uma escala diatônica. Todos os modos abrangiam apenas uma oitava cada um, e possuíam uma nota de importância central, a dominante, que fornecia uma espécie de centro de gravidade em torno do qual se estruturava a melodia, e uma nota chamada de final, onde necessariamente a melodia deveria encerrar. Os modos se dividiam em dois grupos, quatro sendo considerados autênticos e quatro deles derivados, os plagais ou falsos, que tinham a mesma final mas outra dominante e se desenvolviam dentro de uma oitava diferente. Como exemplo, o primeiro modo autêntico iniciava e terminava suas melodias na nota ré, sua dominante era o lá uma quinta acima e se desenvolvia entre ré e ré. Seu modo derivativo, o primeiro plagal, se desenvolvia na oitava de lá a lá, tinha sua final em ré e sua dominante em fá. A diferença prática mais evidente entre os modos era que a posição relativa dos semitons na escala diatônica variava, o que contribuía para dar a cada modo uma atmosfera sonora especial.[9]
Em algum momento do século IX os compositores deram um passo crucial para o futuro desenvolvimento da música do ocidente introduzindo uma segunda linha melódica ao canto gregoriano. De início essa segunda voz, a vox organalis, imitava a linha original nota a nota, mas sendo cantada no intervalo de uma quarta abaixo da melodia principal, e esta técnica foi chamada de órganon ou organum.[9] Entretanto, os organa iniciavam e terminavam com ambas as linhas em uníssono, de forma que para alcançar o intervalo de quarta e também para terminar a peça era necessário um pequeno movimento não-paralelo, sendo esta a tímida origem do contraponto.[10] Na mesma época apareceu o primeiro tratado de música a sistematizar as inovações, o Musica enchiriadis, cuja autoria é controversa, que logo foi acompanhado de um comentário, o Scolica enchiriadis. O Musica enchiriadis trata da notação musical, valendo-se de um sistema especial chamado notação dasiana, analisa os modos eclesiásticos e o canto gregoriano e usa uma escala musical inspirada no sistema grego dos tetracordes. Também traz seções sobre intervalos consonantes e dissonantes e dá regras como conduzir o organum. Já o Scolica enchiriadis esclarece as teorias do outro tratado em um longo comentário três vezes mais extenso que seu original, além de enfatizar as relações da música com a matemática e usar o monocórdio para ilustrar as relações intervalares. Ambos os tratados trabalham sobre conceitos musicais que tinham conotações metafísicas a partir do pensamento idealista desenvolvido pelas escolas filosóficas de Pitágoras e Platão, que associavam a beleza, simetria e ordem com as virtudes morais e para quem a estrutura do cosmos estava fundamentada em relações matemáticas que tinham um paralelo nas consonâncias musicais. E a fim de evitar as dissonâncias no organum primitivo, entre elas o "perigoso" trítono, chamado de diabolus in musica (o diabo na música), os tratadistas admitiam alguns pontos de exceção ao paralelismo rigoroso.[11]
No século XI o sistema notacional foi aperfeiçoado pelo monge italiano Guido d'Arezzo em seu tratado Micrologus (c. 1026), cuja teoria suplantou em poucas décadas o sistema impreciso dos neumas e outros semelhantes e deu ao mundo a primeira pauta musical, além de ter batizado as notas com seus nomes modernos. A pauta de Guido possibilitava o reconhecimento da altura exata das notas através de um quadro dividido em linhas horizontais, onde cada nota era colocada em uma posição constante, mas se trouxe um novo senso de exatidão à prática musical, também ocasionou a perda de muitas nuances de afinação microtonal e de notas de passagem que eram usadas com frequência no canto prático. Por outro lado, na mesma época em que Guido revolucionava a escrita da música, mosteiros da França central introduziram outras e importantes inovações, estas no campo da forma e estilo, e com eles a técnica do organum foi levada adiante com a libertação da vox organalis de sua estrita sujeição à linha gregoriana, permitindo-lhe livres elaborações e mesmo que ela passasse para cima da melodia original, recebendo o nome então de superius, superior, que mais tarde deu origem ao termo moderno soprano. Em contrapartida, a voz inferior, por reter a melodia gregoriana original, passou a ser chamada de tenor, de tenere, segurar, em latim, ou de cantus firmus, canto firme ou invariável. Com a flexibilização de seu movimento, a vox organalis seguiu frequentemente um movimento contrário à melodia original, salientando seu caráter contrapontístico - de "ponto contra ponto", ou "nota contra nota" - numa técnica que nesta época era conhecida como discantus e era em larga medida improvisada. Um pouco mais adiante a vox organalis se libertou também da observância do contraponto estrito, embelezando-se com melismas que chegaram a ser bastante extensos, a ponto de o tenor ser obrigado por vezes a sustentar notas por longos períodos de tempo a fim de permitir que o superius terminasse suas ornamentações, alterando assim a estrutura e o ritmo da música.[12]
Finalmente, esses avanços foram levados a uma primeira culminação na chamada Escola de Notre-Dame, nascida no século XII no ambiente da Catedral de Notre-Dame em Paris, cujos principais mestres foram Léonin e Pérotin. Com eles o organum atingiu um novo patamar de complexidade e refinamento, tornando-se composições de grandes proporções e produzindo um efeito de impactante opulência sonora, já capazes de veicular uma verdadeira originalidade criativa individual e expressar sentimentos de intenso misticismo. Léonin trabalhou ainda principalmente a duas vozes, mas Pérotin expandiu a técnica do organum para incorporar uma terceira e às vezes uma quarta voz, e ampliando as ornamentações das vozes superiores de modo a na prática obliterar a percepção da melodia gregoriana do tenor, fazendo com que suas notas se prolongassem desmedidamente e funcionassem mais como pontos de pedal. A atenção maior da música nesta fase se dirigia, assim, para os ricos diálogos entre as vozes superiores, que já podem ser caracterizados como uma polifonia plena, além de suas complexas relações intervalares serem a base da moderna noção de harmonia. Ademais, com a interpolação de textos e melodias heteróclitos nas composições pré-existentes, se deu nascimento ao moteto polifônico, uma forma que rapidamente adquiriu popularidade. Esse novo estilo foi o que mais tarde se denominou Ars antiqua ou Ars vetus (arte antiga), a base imediata para os desenvolvimentos ulteriores da Ars nova ou Ars modernorum (arte nova ou moderna). O corpo conceitual da Ars antiqua continuava adotando os princípios matemático-morais da filosofia clássica pagã, ora cristianizada, e nele o número três era especialmente privilegiado, por suas associações com a Santíssima Trindade. Daí derivou a preferência absoluta dos compositores da Ars antiqua por tempos e ritmos ternários, que se organizavam nos chamados modos rítmicos, inspirados nos metros da poesia e que se dividiam em seis padrões básicos que, contudo, podiam ser variados em três ordens cada um.[13]
Uma excelente gravação do organum de Pérotin Viderunt omnes pelo Hilliard Ensemble está disponível aqui