超聲波清洗是基于超聲波的空化作用，即在清洗液中無數氣泡快速形成并迅速內爆。由此產生的沖擊波將浸沒在清洗液中的工件內外表面的污物剝落下來。隨著超聲頻率的提高，氣泡數量增加而爆破沖擊力減弱，因此，高頻超聲特別適用於小顆粒污垢的清洗。氣泡是在液體中施加高頻（超聲頻率）、高強度的聲波而產生的。因此，任何超聲清洗系統都必須具備三個基本元素：盛放清洗液的槽體、將電能轉化為機械能的換能器以及產生高頻電信號的超聲波發生器。

　　換能器和發生器
　　超聲清洗系統重要的部分是換能器。常用的一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷制成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時，它會發生變形，這就是所謂的’壓電效應’。
　　無論使用何種換能器，通常基本的因素為其產生的空化效應的強度。超聲波和其它聲波一樣，是一系列的壓力點，即一種壓縮和膨脹交替的波（如下圖示）。如果聲能足夠強，液體在波的膨脹階段被推開，由此產生氣泡；而在波的壓縮階段，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆，產生一種非常有效的沖擊力，特別適用於清洗。這個過程被稱做空化作用。從理論上分析，爆裂的空化泡會產生超過10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫，并在其爆裂的瞬間沖擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內有幾百萬的空化泡同時爆裂，累計起來的效果將是非常強烈的，產生的強大的沖擊力將工件表面的污物剝落，這就是所有超聲清洗的特點。
　　如果超聲能量足夠大，空化現象會在清洗液各處產生，所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進了化學反應并加速了表面膜的溶解。
　　然而只有在某區域的液體壓力低於該氣泡內氣體壓力時才會在該區域產生空化現象，故由換能器產生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這一條件。產生空化所需的小功率被稱做空化臨界點。不同的液體存在不同的空化臨界點，故超聲波能量必須超過該臨界點才能達到清洗效果。也就是說，只有能量超過臨界點才能產生空化泡，以便進行超聲清洗。
　　超聲波頻率
　　當工作頻率很低（在人的聽覺范圍內）就會產生噪音。當頻率低於20kHz時，在需要高功率去除污垢的應用中，通常選擇從20kHz到30kHz范圍內的較低清洗頻率。該頻率范圍內的清洗頻率常常被用於清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。 高頻通常被用於清洗較小、較精密的零件，或清除微小顆粒。使用高頻可從幾個方面改善清洗性能。隨著頻率的增加，空化泡的數量呈線形增加，從而產生更多更密集的沖擊波使其能進入到更小的縫隙中。如果功率保持不變，空化泡變小，其釋放的能量相應減少，這樣有效地減小了對工件表面的損傷。
　　超聲波清洗原理圖示
　　清洗是指清除工件表面上液體和固體的污染物，使工件表面達到一定的潔凈程度。清洗過程是清洗介質、污染物、工件表面三者之間的相互作用，是一種復雜的物理、化學作用的過程。清洗不僅與污染物的性質、種類、形態以及粘附的程度有關、與清洗介質的理化性質、清洗性能、工件的材質、表面狀態有關、還與清洗的條件如溫度、壓力以及附加的超聲振動、機械外力等因素有關。因此，選擇科學合理的清洗工藝，必須進行工藝分析。