Efter ett år av musiklektioner höll läspoängen för nio och tioåringar stadigt jämfört med ett dopp som sågs hos dem som inte fick lära sig någon musik.
En annan grupp musikaliskt tränade barn befanns vara bättre på att bearbeta ljud och språk.
Forskningen presenteras för American Psychological Association.
Forskningen leddes av dr Nina Kraus vid Northwestern University och omfattade hundratals barn vid gymnasier i utarmade områden i Chicago och Los Angeles.
Hennes forskning hade tidigare visat att inlärning av musik kunde förbättra koncentration, minne och fokus hos barn i klassrummet genom att förbättra deras neurala funktioner.
Men en stor del av forskningen hade fokuserat på musiklektionernas inverkan på relativt rika barn.
I denna studie fann dr Kraus att man genom att ge barn regelbundna gruppmusiklektioner i fem eller fler timmar i veckan förhindrade en försämring av läsförmågan, vilket normalt skulle förväntas i fattigare områden.
En annan grupp tonåriga skolbarn från ett fattigt område i Chicago deltog i bandträning eller körträning varje dag i skolan som en del av ett musikprojekt.
Forskare spelade in sina hjärnvågor för att bedöma hur de reagerade på talljud.
Efter två års musikalisk träning visade resultaten att den musikaliska gruppen var snabbare och mer exakt när det gällde att skilja ett ljud från ett annat, särskilt när det var bakgrundsljud, jämfört med en grupp som inte deltog i någon musikalisk aktivitet.
Dr Kraus sade att detta visade musik kunde ha en positiv inverkan på hjärnan, vilket också kunde hjälpa till att lära, men det var inte en snabb fix.
"Forskning har visat att det finns skillnader i hjärnan hos barn som är uppväxta i utarmade miljöer som påverkar deras förmåga att lära," förklarade han.
"Medan mer välbärgade elever klarar sig bättre i skolan än barn med lägre inkomstbakgrund, finner vi att musikalisk träning kan förändra nervsystemet för att skapa en bättre inlärare och hjälpa till att kompensera denna akademiska klyfta."
Alla barn hade liknande IQ och läsförmåga i början av studien.
Dr Kraus sade musik verkade att bygga om hjärnan för att förbättra sambanden mellan ljud och mening, den process genom vilken spädbarn lär sig att tala.
Hon sade att barn som växer upp i fattigare områden med dåligt utbildade mödrar löper större risk att ha "bullerska hjärnor".
Detta beror på att de är mindre benägna att känna igen och känna igen ett brett spektrum av ord och därför är mindre kapabla att reagera på ljud och språk.
"Musik skärper automatiskt nervsystemets reaktion på ljud", förklarade dr Kraus.
De barn som deltog i studien var en del av Harmony Project, som tillhandahåller instrument och gratis musikundervisning för amerikanska skolbarn i vissa eftersatta stadsområden.
Att lära sig sjunga eller spela ett musikinstrument kan hjälpa mindre gynnade barn att förbättra sin läsförmåga, föreslår amerikansk forskning.