超声波清洗是基于超声波的空化作用,即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆。由此产生的冲击波将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物剥落下来。随着超声频率的提高,气泡数星增加而爆破冲击力减弱,因此,高频超声特别适用於小颗粒污垢的清洗。气泡是在液体中施加高频(超声频率)、高强度的声波而产生的。因此，任何超声清洗系统都必须具备三个基本元素:盛放清洗液的槽体、将电能转化为机械能的换能器以及产生高频电信号的超声波发生器。

超声清洗系统最重要的部分是换能器。常用的一种压电换能器,由锆钛酸铅或其他陶瓷制成。将压电材料放入电压变化的电场中时，它会发生变形,这就是所谓的’压电效应’。

如果声能足够强,液体在波的膨胀阶段被推开,由此产生气泡;而在波的压缩阶段,这些气泡就在液体中瞬间爆裂或内爆,产生一种非常有效的冲击力,特别适用於清洗。这个过程被称做空化作用。从理论上分析,爆裂的空化泡会产生超过10,000 psi的压力和20,000。F(11,000。C)的高温,并在其展裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射。单个空化泡所释放的能量很小,但每秒钟内有几百万的空化泡同时爆裂,累计起来的效果将是非常强烈的,产生的强大的冲击力将工件表面的污物剥落,这就是所有超声清洗的特点。

如果超声能量足够大,空化现象会在清洗液各处产生,所以超声波能够有效清洗微小的裂缝和孔。空化作用也促进了化学反应并加速了表面膜的溶解。

然而只有在某区域的液体压力低於该气泡内气体压力时才会在该区域产生空化现象,故由换能器产生的超声波振幅足够大时才能满足这一条件。产生空化所需的最小功率被称做空化临界点。不同的液体存在不同的空化临界点,故超声波能星必须超过该临界点財能达到清洗效果。也就是说,只有能星超过临界点才能产生空化泡,以便进行超声清洗。